MICROPROCESADORES, FUNCIÓN, COMPONENTES Y
MODELOS
EL MICROPROCESADOR
El
microprocesador o simplemente procesador: 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 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 aritmética
lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante (conocida antiguamente
como «coprocesador matemático»).
El microprocesador está conectado generalmente mediante un
zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su
correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración
que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta
conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que
eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el disipador y
la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar
la conductividad del calor.
FUNCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES
El funcionamiento básico de un microprocesador
consiste en leer y ejecutar paso a paso todas y cada una de las órdenes
programadas por el diseñador del sistema.
Para ello, extrae una a una, las instrucciones del programa
ubicado en la memoria principal, las analiza y emite las órdenes para su
completa realización. La unidad central de procesamiento está constituida por
dos elementos: Unidad de control (UC) y unidad
aritmético-lógica (ALU)
Unidad de control: La unidad de control (UC) se encarga de administrar todos
los recursos de la computadora, controlando y dirigiendo la información a las
distintas unidades en el momento adecuado mientras el procesador ejecuta cada
una de las instrucciones de un programa. Su misión consiste en controlar,
coordinar y realizar todas las operaciones del sistema.
Unidad Aritmético-Lógica (ALU) En computación, la unidad aritmético lógica, también
conocida como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), 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.
El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como
números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La
ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:
• Prefetch: Prelectura
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.
• Ejecución,
lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento.
• 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. El microprocesador se conecta a un circuito PLL, normalmente basado
en un cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo
que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo. Este reloj, en la
actualidad, genera miles de megahercios.
COMPONENTES DEL
MICROPROCESADOR
Un microprocesador es un circuito donde se encuentran
integrados una serie de bloques que le permiten realizar las funciones para las
que ha sido fabricado. Los bloques fundamentales son:
• Unidad de control (Control Unit)
• Unidad aritmético lógica
• Registros internos.
• Buses internos.
• Interrupciones.
Unidad de control (Control Unit): Se podría decir que es el cerebro del microprocesador, ya
que genera todas las señales tanto de control interno como externo. A él le
llegan unos códigos (una combinación de bits) que son decodificados y
ejecutados. Estos códigos, en general, pueden ser instrucciones de los
siguientes tipos:
1. - La realización de una operación aritmético-lógica. En
este caso además de la instrucción, hay que indicar al sistema dónde se encuentran
los datos a operar.
2. - Cargar o leer datos. Esto puede servir para leer datos
como temperatura, posición de una pieza, etc. O bien accionar un motor,
visualizar datos a través de led o visualizadores, etc.
3. - Saltos o interrupciones. Mediante este tipo de
instrucciones, el microprocesador hace que el programa siga en otra zona de
memoria o que realice lo que se llama una subrutina. La subrutina no es más que
un programa con una función especifica y que se ejecuta desde varias
posiciones. Cuando termina de ejecutarse la subrutina, el microprocesador
regresa a la posición siguiente a la que estaba cuando se produjo la
interrupción.
Unidad aritmético lógica, también conocida
como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), es uncircuito digital que calcula operaciones aritméticas
(como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no),
entre dos números.
Registros internos: Dentro del microprocesador hay una serie de memorias que, al
estar internas, éste maneja de forma especial. Estas posiciones de memoria
interna llamadas registros, pueden tener una utilidad general o una utilidad
específica. Los registros más generalizados son:
1. - Registros de datos. Son los utilizados para las
operaciones aritmético-lógicas, manipulación de datos, etc.
2. - Registros de direcciones. Son aquellos que el
microprocesador utiliza para acceder a una posición del mapa de memoria. Hay
fundamentalmente tres:
A.- Contador de programa, es el registro que normalmente se
utiliza para leer o escribir datos del programa.
B.- Puntero de pila, es el registro que el microprocesador
utiliza para guardar y recuperar datos de uso fundamentalmente interno. El
registro define la posición de memoria donde se encuentra dichos datos.
C.- Registros índices, son utilizados para acceder a
posiciones de memoria de forma relativa.
3. - Registro de estado, es un registro en el cual cada bits
da una información especifica cómo puede ser que la última operación a dado
resultado positivo, negativo, ha sido cero. Etc.
Buses internos: Al
igual que para direccionar memorias y leer datos, es necesario que se organicen
buses, internamente también son necesarios para acceder a las diferentes partes
del circuito.
Vectores: Cuando
en un sistema de microprocesador se da una dirección de memoria, es necesario
hacerlo en varias posiciones de memoria. Estas son función del número de líneas
que posea el bus de datos y el de direcciones. En el caso del microprocesador
R6502, el bus de direcciones lo forman 16 líneas y el de datos 8. Por tanto,
para tener una dirección en memoria, es necesario escribirla en dos posiciones
consecutivas. Se dice que en estas posiciones tenemos un vector (dirección). El
R6502 forma un vector colocando en primer lugar el byte de menor peso y a
continuación el de mayor peso. Si en la posición 2102 y 2103 hay un vector, la
dirección resultante será 5234.
Interrupciones: Todos
los microprocesadores disponen de unas entradas especiales para interrumpir la
secuencia de programa y realizar un programa especial. Estas líneas se utilizan
solo para casos especiales.
MODELOS DE
MICROPROCESADORES
- El modelo: es
la subdivisión de los microprocesadores. Los modelos regularmente se
referirán a una versión completa del producto ó a otra más austera. La
austera se refiere a que contiene menor cantidad de memoria de cache L2 integrada dentro del circuito, por lo
que es más lento en acceder a ciertos datos e instrucciones.
1.- Para la marca AMD: podemos
encontrar principalmente los modelos de procesadores Athlon® y Phenom®,
mientras que las versiones austeras de procesador son Duron® y Sempron®.
Ejemplo de ello:
v Modelo austero: microprocesador AMD
Sempron®, modelo LE-1250, velocidad de 2.2 GHz, memoria caché de 512 KB,
para Socket 940 AM2.
v Modelo completo: microprocesador AMD
Phenom®, modelo 9850 X4, velocidad de 2.5 GHz, memoria caché de 4
MB L2 y L3, para socket AM2.
2.- Para la marca Intel®: los
modelos completos son Pentium® y las versiones austeras son Celeron®.
Ejemplo de ello:
v Modelo austero: microprocesador Intel®
Celeron® D, modelo Dual Core, velocidad de 1.6 GHz, memoria caché de 512 KB,
FSB de 800 MHz, para Socket 775.
v Modelo completo: microprocesador Intel®
Pentium® 4, modelo E 6750, velocidad de 2.66 GHz, memoria caché de 4 MB,
FSB de 1333 MHz, para socket 775.
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