Introducción A Microprocesadores

Introducción a Microprocesadores

Una computadora es un tipo particular de máquina cuyo ambiente, aquello que transforma, no es materia o energía. El objeto y sujeto de su trabajo es información. ¿ Qué es ‘información’ ? Una representación del mundo que nos rodea, inclusive de nosotros mismos, con todo lo que ello implica. Este modelo puede yacer en nuestras mentes o, de hecho, en ser representado internamente en una computadora para poder ser manipulado adecuadamente. Para eso las computadoras se valen de su propio lenguaje de representación, tanto para ese modelado cuanto para las herramientas para operar: bits. Estos bits requieren de soporte físico para poder ser una realidad.

Arquitectura Básica de una CPU

¿ Que es un Procesador ? La unidad de procesamiento central (CPU) es donde se transforman los datos. En una microcomputadora, el CPU completo está contenido en un chip muy pequeño llamado microprocesador . Todas las CPU tienen por lo menos dos partes básicas,la unidad de control y la unidad aritméticológica (ALU) . Todos los recursos de la computadora son administrados desde la unidad de control , cuya función es coordinar todas las actividades de la computadora. La unidad de control contiene las instrucciones de la CPU para llevar a cabo comandos. El conjunto de instrucciones , que está incluido dentro de los circuitos de launidad de control, Es una lista de todas las operaciones que realiza la CPU. Cada instrucción en el conjunto De instrucciones es acompañado por un microcódigo , que son instrucciones muy básicas que le dicen a la CPU cómo ejecutar las instrucciones. Cuando la computadora corre un programa, busca los comandos del programa dentro del conjunto de instrucciones de la CPU y las ejecuta en orden. La unidad aritmético-lógico (ALU) es cuando la unidad de Control encuentra una instrucción que involucra aritmética o lógica, le pasa el control al Segundo componente de la CPU. La ALU incluye un grupo de registros, es decir, memoria Construida directamente en la CPU que se usa para guardar datos que están siendo procesados por la instrucción actual.

Unidad Central de Procesamiento (CPU) La CPU de una computadora contiene la inteligencia de la máquina; es donde se realizan los cálculos y las decisiones. El complejo procedimiento que transforma Datos nuevos de entrada en información útil de salida se llama procesamiento . Para llevar a cabo esta transformación, la computadora usa dos componentes: el procesador y la memoria. El procesador es el cerebro de la computadora, la parte que interpreta y ejecuta las instrucciones. El procesador casi siempre se compone de varios circuitos integrados o chips , estos están insertados en tarjetas de circuitos , módulos rígidos rectangulares con circuitos que los unen a otros chips y a otras tarjetas de circuitos.

Arquitectura de Von Neumann Los ordenadores con esta arquitectura constan de cinco partes: La unidad aritmético lógica o ALU , la unidad de control , la memoria , un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.

Un ordenador con esta arquitectura realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente: 1- Enciende el ordenador y obtiene la siguiente instrucción desde la memoria en la dirección indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción . 2- Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar a la siguiente. 3- Decodifica la instrucción mediante la unidad de control . Ésta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una función determinada. 4- Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores. 5- Vuelve al paso 2.

Unidad aritmético lógica Un típico símbolo esquemático para una ALU: A y B son operandos; R es la salida; F es la entrada de la unidad de control ; D es un estado de la salida En computación , la Unidad Lógica Aritmética ( ULA ), o Arithmetic Logic Unit ( ALU ), es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas (como adición, substracción, etc.) y operaciones lógicas (como OR, NOT, XOR, etc.), 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 pitido del temporizador, etc.

Unidad de control La Unidad de control es la encargada de activar o desactivar los diversos componentes del microprocesador en función de la instrucción que el microprocesador esté ejecutando y en función también de la etapa de dicha instrucción que se esté ejecutando. La unidad de control (UC) interpreta y ejecuta las instrucciones almacenadas en la memoria principal y genera las señales de control necesarias para ejecutarlas. Existen dos tipos de unidades de control, las cableadas, usadas generalmente en máquinas sencillas, y las microprogramadas, propias de máquinas más complejas. En el primer caso, los componentes principales son el circuito de lógica secuencial , el de control de estado, el de lógica combinacional , y el de emisión de reconocimiento señales de control. En el segundo caso, la microprogramación se encuentra almacenada en una micromemoria (se accede a las mismas de manera secuencial (1, 2, ..., n), y posteriormente se ejecuta cada una de ellas).

Memoria La Memoria (también llamada almacenamiento) se refiere a los componentes de una computadora , dispositivos y medios de almacenamiento que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan unas de las principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de información. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una Unidad Central de Procesamiento ( CPU por su acrónimo En inglés, Central Processing Unit ), implementa lo fundamental del modelo de computadora De Von Neumann , usado desde los años 1940.

Clases de buses Hay tres clases de buses: ▶ Bus de datos. ▶ Bus de Dirección. ▶ Bus de Control. Una placa base tipo ATX tiene tantas pistas eléctricas destinadas a buses, como anchos sean los Canales de Buses del Microprocesador de la CPU: 64 para el Bus de datos y 32 para el Bus de Direcciones. El "ancho de canal“ explica la cantidad de bits que pueden ser transferidos simultáneamente. Así, el Bus de datos transfiere 8 bytes a la vez. Así, el Canal de Direcciones del Microprocesador para una PC-ATX puede "direccionar" más de 4 mil millones de combinaciones diferentes para el conjunto de 32 bits de su bus.

Bus de Datos Mueve los datos entre los dispositivos del hardware de Entrada (Periféricos de entrada) como el teclado ,el ratón , micrófono , etc.; de Periféricos de salida como la Impresora , el Monitor ; y de Periféricos de almacenamiento como el Disco Duro , el Disquete o la Memoria Flash . Estas transferencias que se dan A través del Bus de Datos son gobernadas por varios dispositivos y métodos, de los cuales el Controlador PCI , "Peripheral Component interconnect" , (Interconexión de componentes Periféricos), es uno de los principales. Su trabajo equivale, simplificando mucho el asunto, a una central de semáforos para el tráfico en las calles de una ciudad . Bus de dirección El Bus de Direcciones, por otra parte, está vinculado al bloque de Control de la CPU para tomar y colocar datos en el Sub-sistema de Memoria durante la ejecución de los procesos de cómputo. Para el Bus de Direcciones, el "ancho de canal" explica así mismo la cantidad de ubicaciones o Direcciones diferentes que el microprocesador puede alcanzar. Esa cantidad de ubicaciones resulta de elevar el 2 a la 32ª potencia. "2" porque son dos las señales binarias, los bits 1 y 0; y "32ª potencia" porque las 32 pistas del Bus de Direcciones son, en un instante dado, un conjunto de 32 bits. Nos sirve para calcular la capacidad De memoria en el CPU. Bus de control Este bus transporta señales de estado de las operaciones efectuadas por la CPU. El método utilizado por el ordenador para sincronizar las distintas operaciones es por medio de un reloj interno que posee el ordenador y facilita la sincronización y evita las colisiones de operaciones (unidad de control).Estas operaciones se transmiten en un modo bidireccional y unidireccional.

Arquitectura Harvard El término Arquitectura Harvard originalmente se refería a las arquitecturas de computadoras que utilizaban dispositivos de almacenamiento físicamente separados para las instrucciones y para los datos (en oposición a la Arquitectura de von Neumann ). El Término proviene de la computadora Harvard Mark I , que almacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptores. Todas las computadoras constan principalmente de dos partes, la CPU que procesa los datos, y la memoria que guarda los datos. Cuando hablamos de memoria manejamos dos parámetros, los datos en sí, y el lugar donde se encuentran almacenados (o dirección ). Los dos son importantes para la CPU, pues muchas instrucciones frecuentes se traducen a algo así como "Toma los datos de ésta dirección y añádelos a los datos de ésta otra dirección", sin saber en realidad qué es lo que contienen los datos. En los últimos años la velocidad de las CPUs ha aumentado mucho en comparación a la de las memorias con las que trabaja, así que se debe poner mucha atención en reducir el número de veces que se accede a ella para mantener el rendimiento. Si, por ejemplo, cada instrucción ejecutada en la CPU requiere un acceso a la memoria, no se gana nada incrementando la velocidad de la CPU - este problema es conocido como 'limitación de memoria'.

Se puede fabricar memoria mucho más rápida, pero a costa de un precio muy alto. La solución, por tanto, es proporcionar una pequeña cantidad de memoria muy rápida conocida con el nombre de caché . Mientras los datos que necesita el procesador estén en La caché, el rendimiento será mucho mayor que si la caché tiene que obtener primero los Datos de la memoria principal. La optimización de la caché es un tema muy importante de cara al diseño de computadoras. La arquitectura Harvard ofrece una solución particular a este problema. Las instrucciones y los datos se almacenan en cachés separadas para mejorar el rendimiento. Por otro lado, tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidad de caché entre los dos, por lo que funciona mejor sólo cuando la frecuencia de lectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma. Esta arquitectura suele utilizarse en DSPs, o procesador de señal digital , usados habitualmente en productos para procesamiento de audio y video.

128 Gb 32 128 Bits 2002 Itanium 64 GB 32 64 Bits 2000 Pentium 4 64 GB 32 64 Bits 1999 Pentium III 64 GB 32 64 Bits 1998 Pentium II Xeón 64 GB 32 64 Bits 1997 Pentium II 64 GB 32 64 Bits 1995 Pentium Pro 4 Gb 32 64 Bits 1993 Pentium 4 Gb 32 32 Bits 1991 80486 SX 4 Gb 32 32 Bits 1989 80486DX 4 Gb 32 16 Bits 1988 80386 SX 4 Gb 32 32 Bits 1985 80386 DX 16 Mb 16 16 Bits 1982 80286 1 Mb 16 8 Bits 1979 8088 1 Mb 16 16 Bits 1978 8086 Memoria Direccionable Tamaño de la palabra bits Capacidad del Bus de Datos Año de Presentación Modelo PROCESADORES INTEL para PC

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