Microprocesadores

Microprocesadores

Contenido

Introducción 3

Los Microprocesadores 4

Historia 5

Antecedentes 6

Avances 7

Funcionamiento 8

Velocidad 9

Bus de datos 10

Zócalos 12

Puertos de entrada y salida 12

Chipset 13

Arquitecturas 14

Conclusión 17

Bibliografía 18

Introducción

El procesador (CPU, por Central Processing Unit o Unidad Central de Procesamiento), es por decirlo de alguna manera, el cerebro del ordenador. Permite el procesamiento de información numérica, es decir, información ingresada en formato binario, así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria.

Los Microprocesadores

El microprocesador o micro es un circuito integrado que contiene todos los elementos de una "unidad central de procesamiento" o CPU. En la actualidad en el interior de este componente electrónico existen millones de transistores integrados.

Suelen tener forma de prisma chato, y se instalan sobre un elemento llamado zócalo. También, en modelos antiguos solía soldarse directamente a la placa madre. Aparecieron algunos modelos donde se adoptó el formato de cartucho, sin embargo no tuvo mucho éxito. Actualmente se dispone de un zócalo especial para alojar el microprocesador y el sistema de enfriamiento, que comúnmente es un ventilador (cooler). El microprocesador está compuesto por: registros, la Unidad de control, la Unidad aritmético-lógica, y dependiendo del procesador, una unidad en coma flotante.

Historia

El primer procesador comercial, el Intel 4004, fue presentado el 15 de noviembre de 1971. Los diseñadores fueron Ted Hoff y Federico Faggin de Intel, y Masatoshi Shima de Busicom (más tarde ZiLOG).

Los microprocesadores modernos están integrados por millones de transistores y otros componentes empaquetados en una cápsula cuyo tamaño varía según las necesidades de las aplicaciones a las que van dirigidas, y que van desde el tamaño de un grano de lenteja hasta el de casi una galleta. Las partes lógicas que componen un microprocesador son, entre otras: unidad aritmético-lógica, registros de almacenamiento, unidad de control, Unidad de ejecución, memoria caché y buses de datos control y dirección.

Existen una serie de fabricantes de microprocesadores, como IBM, Intel, Zilog, Motorola, Cyrix y AMD. A lo largo de la historia y desde su desarrollo inicial, los microprocesadores han mejorado enormemente su capacidad, desde los viejos Intel 8080, Zilog Z80 o Motorola 6809, hasta los recientes Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad, Intel Xeon, Intel Itanium II, Transmeta Efficeon o Cell.

Ahora los nuevos microprocesadores pueden tratar instrucciones de hasta 256 bits, habiendo pasado por los de 128, 64, 32, 16, 8 y 4 bits. Desde la aparición de los primeros computadores en los años cuarenta del siglo XX.

Antecedentes

Entre estas evoluciones podemos destacar estos hitos:

• ENIAC (Electronic Numeric Integrator And Calculator) Fue un computador con procesador multiciclo de programación cableada, esto es, la memoria contenía sólo los datos y no los programas. ENIAC fue el primer computador, que funcionaba según una técnica a la que posteriormente se dio el nombre de monociclo.

• EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) fue la primera máquina de Von Neumann, esto es, la primera máquina que contiene datos y programas en la misma memoria. Fue el primer procesador multiciclo.

• El IBM 7030 (apodado Stretch) fue el primer computador con procesador segmentado. La segmentación siempre ha sido fundamental en Arquitectura de Computadores desde entonces.

• El IBM 360/91 supuso grandes avances en la arquitectura segmentada, introduciendo la detección dinámica de riesgos de memoria, la anticipación generalizada y las estaciones de reserva.

• El CDC 6600 fue otro importante computador de microprocesador segmentado, al que se considera el primer supercomputador.

• El último gran hito de la Arquitectura de Computadores fue la segmentación superescalar, propuesta por John Cocke, que consiste en ejecutar muchas instrucciones a la vez en el mismo microprocesador. Los primeros procesadores superescalares fueron los IBM Power-1.

Avances

Hay que destacar que los grandes avances en la construcción de microprocesadores se deben más a la Arquitectura de Computadores que a la miniaturización electrónica. El microprocesador se compone de muchos componentes. En los primeros procesadores gran parte de estos estaban ociosos el 90% del tiempo.

Sin embargo hoy en día los componentes están repetidos una o más veces en el mismo microprocesador, y los cauces están hechos de forma que siempre están todos los componentes trabajando. Por eso los microprocesadores son tan rápidos y tan productivos. Esta productividad tan desmesurada, junto con el gran número de transistores por microprocesador (debido en parte al uso de memorias caché) es lo que hace que se necesiten los inmensos sistemas de refrigeración que se usan hoy en día. Inmensos en comparación con el microprocesador, que habitualmente consiste en una cajita de 2 centímetros de largo y de ancho por 1 milímetro de altura, cuando los refrigeradores suelen tener volúmenes de al menos 5 centímetros cúbicos.

Funcionamiento

El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:

• PreFetch, Pre lectura de la instrucción desde la memoria principal,

• Fetch, envío de la instrucción al decodificador,

• Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer,

• Lectura de operandos (si los hay),

• Ejecución,

• Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.

Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal.

Velocidad

Actualmente se habla de frecuencias de Gigahercios (GHz.), o de Megahercios (MHz.). Lo que supone miles de millones o millones, respectivamente,

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