Microprocesador

El microprocesador

Es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el cerebro de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento CPU de un PC catalogado como microcomputador.

Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario, sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.

Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante conocida antiguamente como co-procesador matemático.

Organización del Procesador

Un procesador, incluye tanto registros visibles por el usuario como registros de control/estado. Los registros visibles por el usuario pueden ser de uso general o tener una utilidad especial, mientras que los registros de control y estado se usan para controlar el funcionamiento del procesador, un claro ejemplo es el contador de programa.

Los procesadores utilizan la segmentación de instrucciones para acelerar la ejecución. La segmentación de cauce se puede dividir en ciclo de instrucción en varias etapas separadas que operan secuencialmente, tales como la captación de instrucción, decodificación de instrucción, cálculo de direcciones de operando, ejecución de instrucción y estructura del operando resultado.

A continuación se muestra cómo se organiza un procesador, para esto se tiene que considerar los siguientes requisitos:

 Captar instrucciones: el procesador lee una instrucción de memoria (registro, cache o memoria principal).

 Interpretar instrucción: la instrucción se codifica para determinar qué acción es necesario.

 Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de memoria o de un módulo de E/S.

 Procesar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna operación aritmética o lógica con los datos.

 Escribir datos: los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en el módulo de E/S.

Para hacer estas cosas, el procesador necesita almacenar instrucciones y datos temporalmente mientras una instrucción está ejecutándose, en otras palabras el procesador necesita una pequeña memoria interna.

Unidad aritmética lógica:

También conocida como ALU, es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas como suma, resta, multiplicación, etc. y operaciones lógicas si, y, o, no, entre dos números.

Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.

Por mucho, los más complejos circuitos electrónicos son los que están construidos dentro de los chips de microprocesadores modernos. Por lo tanto, estos procesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo y potente. De hecho, un microprocesador moderno puede tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cada una de ellas con múltiples ALU.

Muchos otros circuitos pueden contener en el interior una unidad aritmético lógica: unidades de procesamiento gráfico como las que están en las GPU modernas, FPU como el viejo coprocesador matemático 80387, y procesadores digitales de señales como los que se encuentran en tarjetas de sonido, lectoras de CD y los televisores de alta definición. Todos éstos tienen en su interior varias ALU potentes y complejas.

Diseño de una unidad Lógica Aritmética.

En el diseño de una ALU se deben seguir los siguientes pasos:

 Diseñar la sección aritmética independientemente de la sección lógica.

 Determinar las operaciones lógicas del circuito aritmético, asumiendo que los acarreos de salida de todas las etapas son 0.

 Modificar el circuito aritmético para obtener las operaciones lógicas requeridas.

El diseño simple de una ALU se hace utilizando el sumador completo para generar las operaciones lógicas de la unidad. Por lo tanto es necesario introducir una variable de control adicional (S2), con el fin de seleccionar entre las operaciones lógicas y aritméticas.

Diseño Lógico de Procesadores:

Interpretar el diseño lógico de la unidad aritmética lógica, reconociendo su importancia en la Arquitectura del Computador. Su función es ejecutar los programas almacenados en la memoria central, tomando sus instrucciones, examinándolas y ejecutándolas unas tras otra.

A principios de este año la compañía británica ARM, diseñadora de procesadores, nos informó sobre el desarrollo de su nueva arquitectura Eagle, sucesora de los Cortex-A9, que se están empezando a ver en procesadores de nuevos dispositivos en el mercado. Texas Instruments, NVIDIA, Samsung, Apple o Qualcomm, son alguno de los fabricantes que utilizan sus diseños, y seguro que se estarán frotando las manos.

Hoy conocemos que la prometedora arquitectura será conocida como Cortex-A15, y estará disponible en versiones de un solo núcleo y 1GHz, llegando hasta diseños de cuatro núcleos y 2.5 GHz. En el caso de los modelos más potentes se habla de una orientación a servidores.

Que nosotros conozcamos, Texas Instruments ha sido el primer fabricante en licenciar los ARMCortex A15 para sus SoC (System on Chip) durante el mes pasado, es de suponer que el resto de competidores levantarán la mano en poco tiempo, se rumorea que ST-Ericsson y Samsung son las siguientes.

Cada vez parece más claro que ARM no quiere permanecer en el mundo de los teléfonos móviles mucho más tiempo, y está empezando a aparecer en otros mercados de forma exitosa. Como os comentábamos al comienzo de la noticia, existen diferentes diseños de Cortex-A15 que podríamos calificar según su utilización, velocidad y número de núcleos:

• 1 a 1.5GHz, mono o doble núcleo, destinado a Smartphones y otros dispositivos móviles como tablets.

• 1 a 2GHz, con dos o cuatro núcleos, destinados a netbooks, tablets, nettops, e incluso portátiles.

• 1.5 a 2.5GHz, cuatro núcleos, destinado a servidores.

Intel tiene un problema

Según ARM no debería sorprendernos que en un par de años, los sucesores de nuestros iPhone, Galaxy, o iPad (Cortex A8) sean cinco veces más potentes sin ningún tipo de detrimento en

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