MICROPROCESADORES

En el corazón de cada computadora hay un chip conocido como procesador, que determina de alguna forma hasta dónde llega la capacidad de trabajo del equipo.

También se lo conoce como CPU o, microprocesador.

Su función es ejecutar instrucciones, realizar cálculos y coordinar el funcionamiento del resto de los dispositivos.

Los principales fabricantes de procesadores para equipos PC son Intel y AMD.

 

 

¿Para qué sirve un microprocesador?

Está compuesto por circuitos integrados que contienen miles de transistores, dependiendo de la potencia del equipo.

Los microprocesadores se clasifican generalmente según el número de instrucciones que pueden procesar en un tiempo determinado, la frecuencia de reloj medida en megahertz  y el número de bits utilizados por instrucción.

Un microprocesador está diseñado para realizar operaciones aritméticas y lógicas que utilizan pequeñas áreas de retención de números llamadas registros.

Cuando tu ordenador está encendido, el microprocesador recibe la primera instrucción del sistema básico de entrada/salida (BIOS) que viene con el equipo como parte de su memoria.

Después, la BIOS, o el sistema operativo que la BIOS carga en la memoria del ordenador, “conduce” al microprocesador, dándole instrucciones para que lo realice.

Un microprocesador acepta datos binarios como entrada y proporciona salida después de procesarlo, según las instrucciones almacenadas en la memoria.

 

 

¿QUÉ ES UN CHIP?

Un chip también se llama circuito integrado. Generalmente es una pequeña y delgada pieza de silicio sobre la que se han grabado los transistores que componen el microprocesador.

Un chip puede ser tan grande como una pulgada en un lado y puede contener decenas de millones de transistores. Los procesadores más simples pueden consistir en unos pocos miles de transistores grabados en un chip de pocos milímetros cuadrados.

 

 

¿Cómo funciona un microprocesador?

UNIDADES DE EJECUCIÓN

Los procesadores tienen, por un lado, un componente llamado ALU, que se encarga de realizar todos los cálculos y operaciones lógicas requeridos por la computadora. La ALU consta de una serie de registros y un circuito operacional. Los datos se almacenan en los registros, y el circuito operacional es el que los maneja. Por otro lado, los procesadores poseen otro componente denominado FPU, conocido también como coprocesador matemático. Se trata de una parte del equipo especialmente concebida para llevar a cabo operaciones con números de coma flotante. Las operaciones son típicas, como resta, suma, multiplicación, división y raíz cuadrada. Los procesadores pueden realizar varias funciones complejas, como cálculos trigonométricos, aunque en la mayoría de ellos estas se efectúan con la rutina de la librería de software.

La matriz de registro consiste en una serie de registros como el acumulador (A), B, C, D, etcétera, que actúa como ubicaciones temporales de memoria de acceso rápido para procesar datos.

Por su parte, la unidad de control gestiona el flujo de instrucciones y datos en todo el sistema.

Así que básicamente, un microprocesador toma la entrada de los dispositivos conectados, la procesa según las instrucciones dadas en la memoria, y produce la salida.

 

CONCEPTOS BASICOS

Todas las CPU procesan únicamente información binaria, es decir, unos y ceros, que equivalen a un bit; 8 bits forman 1 byte. Por ejemplo, la letra A para el procesador se ve como 01000001. Cada carácter del teclado representa un byte u 8 bits; 1024 bytes equivalen a un kilobyte (KB). Los microprocesadores que se hallan en el mercado actual trabajan a distintas frecuencias. La frecuencia de un procesador se mide en gigahertz (GHz). Un hertz (hercio, en español) equivale a un ciclo por segundo. Entonces, un megahertz (1 MHz) es igual a un millón de ciclos por segundo y 1 GHz es equivalente a mil millones de ciclos por segundo (1 Hz o ciclo por segundo representa una operación matemática básica). Generaciones anteriores de procesadores utilizaban megahertz (MHz) como unidad de medida de frecuencia. El procesador Intel 8086, uno de los primeros para equipos PC, corría a una velocidad de 4,77 MHz. Los procesadores modernos, por su parte, funcionan a frecuencias que superan los 3 GHz e, incluso, los modelos más avanzados llegan a pasar los 4 GHz. El tamaño de registro se refiere al número de bits utilizados en un ciclo simple. Este parámetro siempre es múltiplo de 8 bits (por ejemplo, 8, 16, 32, 64 o 128 bits). Un procesador 8086 tenía un tamaño de 16 bits, mientras que un Core i7 posee un tamaño de registro de 64 bits.

 

BUS DE DATOS

El bus de datos es un subsistema que transfiere datos entre los componentes dentro de una o varias computadoras. En las primeras PC, los buses eran de tipo paralelo, de cables eléctricos, y tenían conexiones múltiples, por lo que necesitaban puertos de entrada y de salida para cada dispositivo. En cambio, las máquinas modernas pueden utilizar ambas conexiones en serie, en cualquiera de las entradas, mediante puertos USB.

Tips:

• Todos los procesadores usan unos y ceros. Un 1 o un 0 equivalen a un bit.
• La velocidad de los procesadores modernos se mide en gigahertz (GHz).
• El tamaño de registro es múltiplo de 8 bits (8, 16, 32, 64).
• Las unidades de ejecución se dividen en ALU (unidad aritmético-lógica) y FPU (unidad de punto flotante).
• El bus de datos tiene información para transferir. El de direcciones incluye la ubicación de memoria donde se ha trabajado en cada momento.

 

La PC tiene diferentes tipos de buses, los equipos modernos tienen por lo menos 4 buses diferentes.

Se les considera una jerarquía porque cada bus se conecta al nivel superior a él dentro del equipo integrando así todas las partes del computador. Cada uno es generalmente más lento que el que se encuentra sobre él (siendo el bus del procesador el más rápido tratándose de que este es el dispositivo más rápido del nuestro equipo)

Bus Interno: Es el nivel más alto en la jerarquía. Es el bus que comunica las partes

internas del procesador.

• Bus del Procesador: Es usado para enviar información desde y hacia el procesador.
• Bus del Caché: Es un bus dedicado que se tiene en algunas arquitecturas para acceder el caché. En otras arquitecturas el caché se conecta directamente al bus de memoria.
• Bus de Memoria: Este bus conecta la memoria al procesador. En algunos sistemas los buses de memoria y del procesador son básicamente los mismos.
• Bus Local de E/S: Este es un bus de alta velocidad de entrada/salida y es usado para conectar periféricos cuyo desempeño es crítico (tarjetas de video, discos, redes de alta velocidad) con la memoria y el procesador. Los más conocidos son los buses VESA y PCI.

 

El Bus estándar de E/S: Este es un bus usado para conectar dispositivos de E/S de baja velocidad (ratón, módems, tarjetas de sonido).

Para dispositivos de video existe también el bus AGP (Accelerated Graphics Port). Este no es propiamente un bus en el sentido que no puede ser compartido por varios dispositivos, sino que sólo permite conectar a él dos dispositivos (por esto su nombre de puerto).

 

BUSES DE DATOS, DIRECCIONES Y CONTROL

Cada bus se compone de tres partes distintas. El bus de datos, el de direcciones y el de control.

El bus de datos es al que la mayoría de personas se refiere cuando habla de un bus.

Estas son las líneas que llevan los datos que se transfieren.

El bus de direcciones es el conjunto de líneas que transportan la información del sitio en la memoria de donde o hacia donde se transfieren los datos. Finalmente, el bus de control como su nombre lo indica, lleva las señales que controlan las funciones y operación del bus.

 

CARACTERÍSTICAS DE LOS BUSES

Ancho del Bus:

Un bus es un canal por el que fluye la información. Entre más ancho sea el bus, más información puede fluir por el canal, así como una autopista ancha puede conducir más vehículos que una angosta. El bus original del PC (ISA) era un bus de 8 bits de ancho, el bus ISA Universal es de 16 bits de ancho, el PCI es de 32 bits.

El ancho del bus de direcciones se especifica de manera independiente del ancho del bus de datos. El ancho de este bus determina cuántas posiciones de memoria pueden direccionarse.

Así, si el bus tiene n líneas permitirá direccional hasta 2 n posiciones diferentes.

 

 

Velocidad del Bus:

La velocidad del bus determina cuántos bits de información pueden enviarse por cada línea del bus por Segundo. La mayoría de buses transmiten un bit de datos por línea por ciclo de reloj. Algunos buses como el AGP pueden transmitir más de un bit por ciclo de reloj. En buses antiguos como el ISA solo podían transmitir un bit por cada dos ciclos de reloj.

 

 

Ancho de Banda (bandwidth)

El ancho de banda, también llamado THROUGHPUT, se refiere a la cantidad de datos que teóricamente pueden transmitirse por el bus por unidad de tiempo.

Usando una analogía con una autopista, el ancho del bus es el número de carriles en la autopista y la velocidad del bus se refiere a la velocidad por la que circulan los vehículos por cada carril. El ancho de banda es entonces el producto del ancho por la velocidad del bus y refleja el tráfico que el canal puede conducir por segundo.

La siguiente tabla muestra el ancho de banda teórico de algunos buses de E/S. Se habla de ancho de banda teórico ya que la mayoría de buses no pueden transmitir a esta velocidad máxima por diferentes OVERHEADS que son necesarios para la operación del bus.

 

CONJUNTO DE INSTRUCCIONES

El conjunto de instrucciones es el grupo de comandos que un microprocesador puede entender. El conjunto de instrucciones es una interfaz entre el hardware y el software. Una instrucción ordena al procesador que cambie los transistores relevantes para hacer algún procesamiento de datos. Por ejemplo ADD A, B; se utiliza para añadir dos números almacenados en los registros A y B.

SIMD es un método utilizado para obtener paralelismo a nivel de datos; esto es, un modo de realizar varios cálculos simultáneamente. Esta característica se encuentra fundamentada en el principio de distribuir los problemas de gran tamaño en otros más pequeños, para así solucionarlos de forma combinada. Entonces, los inventarios SIMD constituyen una serie de instrucciones que emplean una misma ejecución sobre un conjunto de datos grandes.

Todos los procesadores obtienen la misma instrucción de la unidad de control, pero trabajan sobre diferentes conjuntos de datos. Algunos ejemplos son: MMX (de Intel), 3DNow! (de AMD) y la extensa familia SSE (de Intel).