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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