Un microprocesador es el cerebro del ordenador. Es un chip, un conjunto de circuitos electrónicos altamente integrado, fabricado en un trozo de silicio. En su interior existen millones de elementos llamados transistores, ordenados de manera que forman puertas lógicas para poder así, hacer operaciones de toda clase. Los microprocesadores van sobre un elemento llamado socket o zócalo, que se conecta a la placa base. La función de los microprocesadores es la de ejecutar e interpretar las instrucciones de los ordenadores. ¿QUE ES EL MICROPROCESADOR? 1. DEFINICION:
¿QUE ES EL MICROPROCESADOR? La velocidad de un microprocesador se mide en mega hertzios (MHz) o giga hertzios (1 GHz = 1.000 MHz). Debido a la extrema dificultad de fabricar componentes electrónicos que funcionen a las inmensas velocidades de MHz habituales hoy en día, todos los microprocesadores modernos tienen 2 velocidades: VELOCIDAD INTERNA: 1. DEFINICION: La velocidad a la que funciona el microprocesador internamente (1.8, 2.1, 2.3… GHz). La velocidad a la que se comunican el micro y la placa base, típicamente a 1033, 2066… MHz. VELOCIDAD EXTERNA O DEL BUS:
2. PARTES BÁSICAS DE UN MICROPROCESADOR 2.2 ALU (Unidad Aritmético-Lógica) : 2.3 El Coprocesador Matemático : Realiza las operaciones que convierten los datos de entrada en resultados. Una memoria intermedia ultrarrápida que sirve al microprocesador para tener a mano ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo el tiempo de espera.Es lo que se conoce como caché de primer nivel; es decir, la que está más cerca del microprocesador, tanto que está encapsulada junto a él, también llamada caché interna. 2.4 Registros: o, más correctamente, la FPU (Unidad de coma Flotante). Parte del microprocesador especializada cálculos matemáticos complejos. 2.5 La Memoria Cache : Posiciones de memoria interna que almacenan temporal y momentáneamente los datos que pasan por la CPU, estados, direcciones… mientras se necesitan. 2.1 UC (Unidad de Control): Organiza el funcionamiento de la CPU, decidiendo qué se hace (y quién) en cada momento.
Bus de Direcciones: Transporta las direcciones de los datos manejados por la CPU Bus de Datos Externos: Transporta hacia y desde el exterior de la PCU (cache L2, chipset, RAM…).También se le denomina bus frontal o bus del sistema. Bus de Datos Internos: Transporta los datos dentro de la CPU, es decir entre registros, cache L1, etc. Reloj: Marca la frecuencia del funcionamiento del microprocesador y los distintos buses del sistema. 2. PARTES BÁSICAS DE UN MICROPROCESADOR
3. PARTES ELEMENTALES DE UN MICROPROCESADOR
ESQUEMA DE LOS MICROPROCESADORES
ESQUEMA DE LA UNIDAD ARITMÉTICO – LÓGICA (UAL)
ESQUEMA DE LA UNIDAD ARITMÉTICO – LÓGICA (UAL) Componentes de la ALU Registros de entrada (A, B): Almacenan los operandos (datos de entrada). Circuito operacional: Componentes electrónicos que realizan las operaciones. Registro acumulador (R): Almacena el resultado de las operaciones. Registros de estado (D): “Flags” que recogen cómo termina la operación. Cero, negativo, acarreo, desbordamiento, paridad, etc… Selector de operaciones (F): Microinstrucciones procedentes de la Unidad de Control.
ESQUEMA DE LA UNIDAD DE CONTROL (UC)
UNIDAD DE CONTROL (UC) Componentes de la UC Contador de programa Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción. Registro de instrucciones Contiene la instrucción que se está ejecutando. Decodificador Interpreta la instrucción en curso, para poder ejecutarla. Reloj Genera impulsos eléctricos que sincronizan y marcan la velocidad a la que trabaja la CPU. Secuenciador Genera las microinstrucciones para la ejecución paso a paso de la instrucción interpretada por el decodificador.
UNIDAD DE CONTROL (UC) Interpreta las instrucciones almacenadas en la memoria y genera las señales de control necesarias para ejecutarlas. Activa o desactiva los componentes del microprocesador en función de: La instrucción que se esté ejecutando. La fase de dicha instrucción que se esté ejecutando. Existen dos tipos de unidades de control: Cableadas (máquinas sencillas). Microprogramadas (máquinas complejas).
EJECUCIÓN DE UNA INSTRUCCIÓN Se recibe la instrucción desde la UC. Se comprueba el estado de la ALU. Se cargan los operandos. Se realiza la operación. Se guarda el resultado en el acumulador. Se guarda el estado de la ALU al final. FASES Búsqueda de la instrucción (fetch). Decodificación de la instrucción (decode) y carga de operandos (load). Ejecución de las operaciones (execute). Escritura de resultados (store).
4. TIPOS DE DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES 4.1 RISC: (Computación con una colección de instrucciones reducida): se basan en la idea de que la mayoría de las instrucciones para realizar procesos en el computador son relativamente simples por lo que se minimiza el número de instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la CPU. Estos procesadores se suelen emplear en aplicaciones industriales y profesionales por su gran rendimiento y fiabilidad. Compañías Compaq, Motorola y PowerPC 4.2 CISC: (Computación con una colección de instrucciones compleja): al contrario, tienen una gran cantidad de instrucciones y por tanto son muy rápidos procesando código complejo. Se trata de extender el conjunto de instrucciones de la CPU para que trabaje más eficientemente con tratamiento de imágenes y aplicaciones en 3D. Compañías Cirix y AMD Conclusiones: -Ejecutar más instrucciones por ciclo. -Ejecutar las instrucciones en orden distinto del original para que las interdependencias entre operaciones sucesivas no afecten al rendimiento del procesador. -Contribuir a acelerar el rendimiento global del sistema, además de la velocidad de la CPU.
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de prestaciones PRIMEROS MICROS INEFICIENCIA => La mayoría de los componentes estaban ociosos más del 90% del tiempo POSTERIORMENTE Replicación de componentes internos de la CPU. Conexiones pensadas para permitir el trabajo en paralelo de TODOS ellos. Conclusiones: -La arquitectura del ordenador ha aportado más al rendimiento que la miniaturización. -La refrigeración se ha convertido en algo crucial.
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de prestaciones PIPELINE (SEGMENTACIÓN) Se divide cada instrucción en varias fases. Cada componente de la CPU puede estar ocupado por una fase distinta de una instrucción distinta. Se pretende usar todos los componentes de la CPU, el 100% del tiempo.
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de prestaciones Se simula, de cara a los programas, como si el PC tuviera dos CPU’s, en lugar de una solo. Lo inventó Intel y mejora el rendimiento un 30%. Permite procesar en paralelo, sobre una misma CPU, la ejecución de varios programas “multihilo”. Invisible para el SO y los programas. Solo se requiere “multiprocesamiento simétrico” (SMP). HYPER-THREADING (HT Technology)
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de prestaciones Tecnología de comunicación bidireccional que ofrece gran ancho de banda. Comunicación entre chips de un circuito integrado. Sustituto del FSB. Pretende reducir número de buses y facilitar multiprocesamiento. Proporciona conexiones auto-negociadas. Utiliza líneas de 32 bits. Usado por AMD en procesadores y chipsets. HYPER-Transport (HT) o Lightning Data Transport (LDT)
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de prestaciones Desarrollado por Intel para competir con HyperTransport. Reemplaza FSB en procesadores (p.ej, Core i7) y chipsets (X58). Intel QuickPath Inteconnect (QPI)
1971: Intel 4004 1972: Intel 8008 1978: Intel 8086 1979: Intel 8088 1. Microprocesadores de Intel más antiguos: 6. EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES 1974: Intel 8080
1975: Signetics 2650 1975: MOS 6502 1975: Motorola 6800 1976: Zilog Z80 2. Microprocesadores antiguos de otros fabricantes: 1978: Motorola 68000
1982: Intel 80286 1985: Intel 80386 1989: Intel 80486 1993: Intel Pentium 3. Siguiente generación de Intel: 1995: Intel Pentium Pro 1997: Intel Pentium II
4. Un nuevo competidor en el mercado, AMD: 1985: AMD Am386 1989: AMD Am486 1993: AMD K5 1997: AMD K6
Intel Pentium III 1999:AMD K6-2 5. Microprocesadores modernos – 1999 AMD K7 Athlon Velocidad de bus a 266 MHz. Cache L1 128 KB Cache L2 512 KB Socket de 370 pins. AMD K6-2 VELOCIDAD DEL CPU DESDE 266-550 MHZ CACHE L1 DE 64 KB 2.2. A 2.4 VOLTIOS TIENE 9.3 MILLONES DE TRANSISTORES SOCKET 7 O SÚPER SOCKET 7 .
BUS DE 400 MHZ ANCHO DE BANDA DE 3.2 GB/SEG SOCKET 432 PNS. CACHE L1 DE 8 KB CACHE L2 DE 512 KB , AMD Athlon XP Intel Pentium 4 ANCHO DE BANDA 2.1 GB/SEG. CACHE L1 128 KB, 64KB DATOS Y 64KB INSTRUCCIONES. CACHE L2 256 KB BUS FRONTAL DE 266 MHZ SOCKET 462 PINS. 5. Microprocesadores modernos – 2000
CPU 800 MHz Velocidad de Bus 200 MHZ Cache L1 128KB Cache L2 64 KB Socket 370 pins. AMD DURON 5. Microprocesadores modernos – 2003 Intel Pentium M CPU 900 MHz Velocidad de FSB 400 MT/s
CPU 1,0-3,2 GHz Velocidad HyperTransport 800-1000 MT/s AMD Athlon 64 5. Microprocesadores modernos – 2005 Intel Pentium D 2 CPUs (Pentium 4) a 2,66-3,6 GHz Velocidad de FSB 533-800 MHz Variantes con HyperThreading
CPU 2,4-3,0 GHz Bus de sistema a 2 GHz 64 bits AMD Athlon 64 FX 5. Microprocesadores modernos – 2006 Intel Core 2 Duo 2 CPUs a 1,8-3,3 GHz Velocidad de FSB 533-1600 MT/s 64 bits
4 CPUs 2,4-2,6 GHz Bus de sistema a 2 GHz AMD Quad Core 5. Microprocesadores modernos – 2007 Intel Core 2 Quad 4 CPUs a 2,3-3,0 GHz Velocidad de FSB 1066-1333 MT/s
2 ó 4 núcleos Hasta 3,60 GHz con Turbo Boost HyperThreading Velocidad bus DMI de 2,5 GT/s 4 núcleos Velocidad de CPU: 2,66 GHz a 3,33 GHz Velocidad QPI: 4,8-6,4 GT/s 5. Los microprocesadores más modernos de Intel 2 ó 4 núcleos HyperThreading GPU integrada
1971: Intel 4004 (primer microprocesador comercial) 1972: Intel 8008 1974: Intel 8080 1975: Signetics 2650, MOS 6502, Motorola 6800 1976: Zilog Z80 1978: Intel 8086, Motorola 68000 1979: Intel 8088 1982: Intel 80286 1985: Intel 80386, AMD Am386 1987: Motorola 68030 1989: Intel 80486, AMD Am486 RESUMEN
1993: Intel Pentium, AMD K5 1995: Intel Pentium Pro 1997: Intel Pentium II, AMD K6 1999: Intel Pentium III 2000: Intel Pentium 4, AMD Athlon XP 2003: PowerPC G5, Intel Pentium M 2005: Intel Extreme Edition con hyper-threading, Intel Core Duo, AMD Athlon 64, AMD Athlon 64 X2, 2006: Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme, AMD Athlon FX 2007: Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core, AMD Quad FX 2008-…: Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, AMD Athlon II, AMD Phenom II, AMD Turion II,… RESUMEN
Pentium Classic: Está optimizado para aplicaciones de 16 bits.Dispone de 8Kb de caché de instrucciones + 8Kb de caché de datos.Utiliza el zócalo de tipo 5 (socket 5) o el de los MMX (tipo 7). También es conocido por su nombre clave P54C.Está formado por 3,3 millones de transistores 7.CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE ALGUNOS MICROS
K6-III: La memoria de segundo nivel trabaja a la misma velocidad que la CPU.Utilizan el zócalo super7 a 100 Mhz.64 KB de caché L1 (32 para datos y 32 para instrucciones)256 KB de caché L2.Fabricados con 21,3 millones de transistores y tecnología de 0,25 micras.Soporte para AGP. 7.CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE ALGUNOS MICROS