1Microprocesador
2Microprocesador El microprocesador es un circuito integrado que contienetodos los elementos de una "unidad central depro...
3Ejemplo Microprocesador Uno de los actuales microprocesadores de 64 bits ydoble núcleo, un AMD Athlon 64 X2 3600.
4Historia El primer procesador comercial, el Intel 4004, fue presentadoel 15 de noviembre de 1971. Los diseñadores fueron...
5Historia (cont.) Entre estas evoluciones podemos destacar estos hitos: ENIAC (Electronic Numeric Integrator And Calcula...
6Ejemplos MicroprocesadoresMotorola 68000 Intel 80486DX2Intel 4004 Zilog Z80
7Avances Hay que destacar que los grandes avances en laconstrucción de microprocesadores se deben más a laArquitectura de...
8Evolución del microprocesador 1971: Intel 4004. Nota: Fue el primermicroprocesador comercial. 1972: Intel 8008 1974: I...
9Evolución del microprocesador 1993: Intel Pentium, Motorola 68060, AMD K5, MIPSR10000 1995: Intel Pentium Pro 1997: In...
10Funcionamiento El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como númerosbinarios organizados secuencialmente en...
11Ciclo de instrucción ALU
12EJECUCIÓN DE LAS INSTRUCCIONES Para que un programa pueda ser ejecutado por una computadora,ha de estar almacenado en l...
13Velocidad Actualmente se habla de frecuencias de Gigaherzios (GHz.),o de Megaherzios (MHz.). Lo que supone miles de mil...
14Segmentación La segmentación (en inglés pipelining, literalmente oleoducto) es unmétodo por el cual se consigue aumenta...
15Ejemplo de segmentaciónPrograma de instrucciones en el Intel Pentium 4.
16Ejemplo de segmentación
17Unidad aritmético lógica La Unidad Aritmético Lógica “Arithmetic Logic Unit” (ALU), esun circuito digital que calcula o...
18Ejemplos GPU y Coprocesador Graphics Processing Unit Coprocesador numérico Intel 287
19Símbolo Esquemático ALU Un típico símbolo esquemático para una ALU: A y B sonoperandos; R es la salida; F es la entrada...
20Historia ALU John Presper Eckert y John William Mauchly idearon elconcepto de la ALU en 1945 que fue injustamenteacredi...
21Componentes ALU La ALU se compone básicamente de: CircuitoOperacional, Registros de Entradas, RegistroAcumulador y un R...
22Componentes ALUEl registro de estado (Flags) son registros dememoria en los que se deja constancia algunascondiciones q...
23Diagrama ALU
24Operaciones Básicas La mayoría de las ALU pueden realizar las siguientesoperaciones: Operaciones aritméticas de número...
25Operaciones Complejas Se puede diseñar un ALU para calcular cualquier operación, sinimportar lo compleja que sea; el pr...
26Operaciones Complejas Emular la existencia del coprocesador, es decir, siempre que unprograma intente realizar el cálcu...
27Instrucciones del ALU Se conoce como set de instrucciones al conjunto de instruccionesque es capaz de entender y ejecut...
28ALU vs. FPU Una unidad de punto flotante, Floating Point Unit (FPU),también realiza operaciones aritméticas entre dosva...
29Unidad de Control La Unidad de control (CU) es la encargada de activar odesactivar los diversos componentes del micropr...
30Componentes CU Para realizar su función, la unidad de control consta delos siguientes elementos: Contador de programa:...
31Componentes CU Decodificador: Se encarga de extraer el código de operaciónde la instrucción en curso (que está en el re...
32Diagrama CU
33Arquitecturas de Microprocesadores La arquitectura de microprocesadores es el diseño conceptual y laestructura operacio...
34Arquitecturas de Microprocesadores Los datos que provienen del exterior se introducen en el sistema paraser procesados....
35Arquitecturas de Microprocesadores El núcleo (kernel) es la parte fundamental de unsistema operativo. Es el software re...
36Arquitecturas de Microprocesadores Firmware o Programación en Firme, es un bloque deinstrucciones de programa para prop...
37Arquitecturas de Microprocesadores CISC es un modelo de arquitectura de computadores (ComplexInstruction Set Computer)....
38Arquitecturas de Microprocesadores De Arquitectura computacional, RISC (Reduced InstructionSet Computer), Computadora c...
39Arquitecturas de Microprocesadores RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está afavor de conjuntos...
40Motorola Motorola es unaempresaestadounidenseespecializada en laelectrónica y lastelecomunicaciones,establecida enSchau...
41Historia de Motorola El nombre "Motorola" fue adoptado en 1947, peroha sido utilizado como marca comercial desde losaño...
42Historia de Motorola El negocio de la compañía también tuvo éxito en lafabricación de tecnología de semiconductores,inc...
43Historia de Motorola Además Motorola actualmente tiene unadiversificada línea de productos en materiade telecomunicacio...
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  1. 1. 1Microprocesador
  2. 2. 2Microprocesador El microprocesador es un circuito integrado que contienetodos los elementos de una "unidad central deprocesamiento" o CPU (Central Process Unit). Suelen tener forma de prisma chato, y se instalan sobreun elemento llamado zócalo (en inglés, socket). En modelos antiguos solía soldarse directamente a laplaca madre. Aparecieron algunos modelos donde seadoptó el formato de cartucho, sin embargo no tuvomucho éxito. Actualmente se dispone de un zócalo especial paraalojar el microprocesador y el sistema de enfriamiento,que comúnmente es un ventilador (cooler). Las partes lógicas que componen un microprocesadorson, entre otras: unidad aritmético-lógica, registros dealmacenamiento, unidad de control, Unidad deejecución, memoria caché y buses de datos control ydirección.
  3. 3. 3Ejemplo Microprocesador Uno de los actuales microprocesadores de 64 bits ydoble núcleo, un AMD Athlon 64 X2 3600.
  4. 4. 4Historia El primer procesador comercial, el Intel 4004, fue presentadoel 15 de noviembre de 1971. Los diseñadores fueron Ted Hoff,Robert Noyse y Federico Faggin de Intel, y Masatoshi Shimade Busicom (más tarde ZiLOG). Existen una serie de fabricantes de microprocesadores, comoIBM, Intel, Zilog, Motorola, Cyrix y AMD. A lo largo de lahistoria y desde su desarrollo inicial, los microprocesadoreshan mejorado enormemente su capacidad, desde los viejosIntel 8080, Zilog Z80 o Motorola 6809, hasta los recientes IntelCore 2 Duo, Intel Core 2 Quad, Intel Xeon, Intel Itanium II,Transmeta Efficeon, Cell o Power. Ahora los nuevos microprocesadores pueden tratarinstrucciones de hasta 256 bits, habiendo pasado por los de128, 64, 32, 16, 8 y 4 bits. Desde la aparición de los primeroscomputadores en los años cuarenta del siglo XX, muchasfueron las evoluciones que tuvieron los procesadores antes deque el microprocesador surgiera por simple disminución delprocesador.
  5. 5. 5Historia (cont.) Entre estas evoluciones podemos destacar estos hitos: ENIAC (Electronic Numeric Integrator And Calculator) Fue uncomputador con procesador multiciclo de programación cableada,esto es, la memoria contenía sólo los datos y no los programas.Posteriormente se dio el nombre de monociclo. KANM (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) fue laprimera máquina de Von Neumann que contiene datos y programasen la misma memoria. Fue el primer procesador multiciclo. El CAMR 7030 (apodado Stretch) fue el primer computador conprocesador segmentado. La segmentación siempre ha sidofundamental en Arquitectura de Computadores desde entonces. El IBM 360/91 supuso grandes avances en la arquitecturasegmentada, introduciendo la detección dinámica de riesgos dememoria, la anticipación generalizada y las estaciones de reserva. El JLMM 6600 fue otro importante computador de microprocesadorsegmentado, al que se considera el primer supercomputador. El último gran hito de la Arquitectura de Computadores fue lasegmentación superescalar, propuesta por John Cocke, queconsiste en ejecutar muchas instrucciones a la vez en el mismomicroprocesador. Los primeros procesadores superescalaresfueron los IBM Power-1.
  6. 6. 6Ejemplos MicroprocesadoresMotorola 68000 Intel 80486DX2Intel 4004 Zilog Z80
  7. 7. 7Avances Hay que destacar que los grandes avances en laconstrucción de microprocesadores se deben más a laArquitectura de Computadores que a la miniaturizaciónelectrónica. En los primeros procesadores gran parte de los componentesestaban ociosos el 90% del tiempo. Sin embargo hoy en díalos componentes están repetidos una o más veces en elmismo microprocesador, y los cauces están hechos de formaque siempre están todos los componentes trabajando. Poreso los microprocesadores son tan rápidos y productivos. Esta productividad tan desmesurada, junto con el grannúmero de transistores por microprocesador (debido en parteal uso de memorias caché) es lo que hace que se necesitenlos inmensos sistemas de refrigeración que se usan hoy endía. Inmensos en comparación con el microprocesador, quehabitualmente consiste en una cajita de 2 centímetros delargo y de ancho por 1 milímetro de altura, cuando losrefrigeradores suelen tener volúmenes de al menos 5centímetros cúbicos.
  8. 8. 8Evolución del microprocesador 1971: Intel 4004. Nota: Fue el primermicroprocesador comercial. 1972: Intel 8008 1974: Intel 8080, Intel 8085 1975: Signetics 2650, MOS 6502, Motorola 6800 1976: Zilog Z80 1978: Intel 8086, Motorola 68000 1979: Intel 8088 1982: Intel 80286, Motorola 68020 1985: Intel 80386, Motorola 68020, AMD Am386 1987: Motorola 68030 1989: Intel 80486, Motorola 68040, AMD Am486
  9. 9. 9Evolución del microprocesador 1993: Intel Pentium, Motorola 68060, AMD K5, MIPSR10000 1995: Intel Pentium Pro 1997: Intel Pentium II, AMD K6, PowerPC G3, MIPSR120007 1999: Intel Pentium III, AMD K6-2, PowerPC G4 2000: Intel Pentium 4, Intel Itanium 2, AMD Athlon XP,AMD Duron, MIPS R14000 2003: PowerPC G5 2004: Intel Pentium M 2005: Intel Pentium D, Intel Extreme Edition con hyperthreading, Intel Core Duo, AMD Athlon 64, AMD Athlon 64X2, AMD Sempron 128. 2006: Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme, AMD AthlonFX 2007: Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core, AMD Quad FX
  10. 10. 10Funcionamiento El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como númerosbinarios organizados secuencialmente en la memoria principal. Laejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases: Preselecciona (PreFetch): pre-lectura de la instrucción desde lamemoria principal. Selecciona (Fetch): envío de la instrucción al decodificador. Decodificación (Decode) de la instrucción: determinar quéinstrucción es y por tanto qué se debe hacer. Lectura de operandos (si los hay) Ejecución (Execute): lanzamiento de las máquinas de estado quellevan a cabo el procesamiento. Escritura (Store) de los resultados en la memoria principal o en losregistros. Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU,dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de sugrado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinadapor la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requeridopara realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayorcoste temporal. El microprocesador se conecta a un oscilador,normalmente un cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmoconstante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo.
  11. 11. 11Ciclo de instrucción ALU
  12. 12. 12EJECUCIÓN DE LAS INSTRUCCIONES Para que un programa pueda ser ejecutado por una computadora,ha de estar almacenado en la memoria central (memoria RAM). Elmicroprocesador tomará una a una las instrucciones que locomponen e irá realizando las tareas correspondientes.
  13. 13. 13Velocidad Actualmente se habla de frecuencias de Gigaherzios (GHz.),o de Megaherzios (MHz.). Lo que supone miles de millones omillones, respectivamente, de ciclos por segundo. El indicador de la frecuencia de un microprocesador es unbuen referente de la velocidad de proceso del mismo, pero noel único. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabouna tarea concreta, así como el ancho de banda ó cantidadde instrucciones ejecutadas por ciclo ICP, son los otros dosfactores que determinan la velocidad de la CPU. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar unatarea depende directamente del juego de instruccionesdisponible, mientras que el índice ICP depende de variosfactores, como el grado de supersegmentación y la cantidadde unidades de proceso o "pipelines" disponibles, entre otros.La cantidad de instrucciones necesarias para realizar unatarea depende directamente del juego de instrucciones.
  14. 14. 14Segmentación La segmentación (en inglés pipelining, literalmente oleoducto) es unmétodo por el cual se consigue aumentar el rendimiento de algunossistemas electrónicos digitales. Es aplicado, sobre todo, enmicroprocesadores. El nombre viene de que para impulsar el gas en unoleoducto a la máxima velocidad es necesario dividir el oleoducto entramos y colocar una bomba que de un nuevo impulso al gas. El símilcon la programación existe en que los cálculos deben ser registrados osincronizados con el reloj cada cierto tiempo para que la ruta crítica(tramo con más carga o retardo computacional entre dos registros dereloj) se reduzca. La ruta crítica es en realidad la frecuencia máxima de trabajoalcanzada por el conjunto. A mayor ruta crítica (tiempo o retraso entreregistros) menor es la frecuencia máxima de trabajo y a menor rutacrítica mayor frecuencia de trabajo. La ventaja primordial de este sistema es que, tal y como se muestra enla imagen, una vez el pipe está lleno, es decir, después de una latenciade cuatro en la imagen, los resultados de cada comando vienen unotras otro cada flanco de reloj y sin latencia extra por estar encadenadosdentro del mismo pipe. Todo esto habiendo maximizado la frecuenciamáxima de trabajo.
  15. 15. 15Ejemplo de segmentaciónPrograma de instrucciones en el Intel Pentium 4.
  16. 16. 16Ejemplo de segmentación
  17. 17. 17Unidad aritmético lógica La Unidad Aritmético Lógica “Arithmetic Logic Unit” (ALU), esun circuito digital que calcula operaciones. Las operaciones querealiza son las siguientes: suma, resta, multiplicación, división,comparación (mayor que, menor que, igual a) y aquellas quetrabajan con dígitos binarios (10 que se conoce como operacioneslógicas: AND, NOR, NOT, NAND, OR, X-OR, etc) entre dosnúmeros. Los más complejos ALU son construidos dentro de los chips demicroprocesadores modernos como el Core Duo Quad. Estosprocesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo ypoderoso que pueden tener múltiples núcleos, cada núcleo conmúltiples unidades de ejecución, cada una de ellas con múltiplesALU. Muchos otros circuitos pueden contener ALU: GPU (GraphicsProcessing Unit) como los que están en las tarjetas gráficasNVidia y ATI, FPU (Floating Point Unit) como el viejocoprocesador numérico 80387, y procesadores digitales de señalescomo los que se encuentran en tarjetas de sonido Sound Blaster,lectoras de CD y las TV de alta definición.
  18. 18. 18Ejemplos GPU y Coprocesador Graphics Processing Unit Coprocesador numérico Intel 287
  19. 19. 19Símbolo Esquemático ALU Un típico símbolo esquemático para una ALU: A y B sonoperandos; R es la salida; F es la entrada de la unidad decontrol; D es un estado de la salida
  20. 20. 20Historia ALU John Presper Eckert y John William Mauchly idearon elconcepto de la ALU en 1945 que fue injustamenteacreditado al matemático John von Neumann al publicarseen el informe en el que von Neumann recopilaba lostrabajos para un nuevo computador llamado EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Más adelante, en 1946, trabajó con sus colegas diseñandoun computador para el Princeton Institute of AdvancedStudies (IAS). El IAS computer se convirtió en el prototipopara muchos computadores posteriores. En la propuesta,von Neumann describió lo que el equipo creyó seríanecesario en su máquina, incluyendo una ALU. Von Neumann explicó que una ALU es una necesidad parauna computadora porque está garantizado que unacomputadora tendrá que computar operacionesmatemáticas básicas, incluyendo adición, sustracción,multiplicación, y división.
  21. 21. 21Componentes ALU La ALU se compone básicamente de: CircuitoOperacional, Registros de Entradas, RegistroAcumulador y un Registro de Estados, conjunto deregistros que hacen posible la realización de cada unade las operaciones. Circuito Operacional, contiene los circuitos electrónicosnecesarios para la realización de las operaciones con los datosprocedentes de los Registros de Entradas (REN), en lascuales se almacenan los operandos y a través de un selector deoperaciones comandadas por las microordenes procedentes delsecuenciador de la Unidad de Control, la misma que concretarála operación correspondiente en ejecución. El registro acumulador (Acumulador) almacena los resultadosde las operaciones ejecutadas por el Circuito Operacional,también se encuentra conectado con los Registros de Entradascomo una realimentación para realizar las operacionesencadenadas, por supuesto que se encuentra conectado con elbus de datos del sistema con el propósito de enviar losresultados a la Memoria principal o (RAM) o a algún periférico.
  22. 22. 22Componentes ALUEl registro de estado (Flags) son registros dememoria en los que se deja constancia algunascondiciones que se dieron en la últimaoperación realizada y que habrán de sertenidas en cuenta en operaciones posteriores.Por ejemplo, en el caso de hacer una resta,tiene que quedar constancia si el resultado fuecero, positivo o negativo. Cada modelo de procesador tiene sus propios registros deestados pero los más comunes son: Z = Zero flag. el resultado es cero N = Negative flag. el resultado es negativo V = Overflow flag. el resultado supera el número de bits quepuede manejar el ALU P = Parity flag. paridad del número de 1 en los datos I = Interrupt flag. C = Carry flag. acarreo de la operación realizada
  23. 23. 23Diagrama ALU
  24. 24. 24Operaciones Básicas La mayoría de las ALU pueden realizar las siguientesoperaciones: Operaciones aritméticas de números enteros (adición,sustracción, y a veces multiplicación y división, aunque esto esmás costoso) Operaciones lógicas de bits (AND, NOT, OR, XOR) Operaciones de desplazamiento de bits (Desplazan o rotanuna palabra en un número específico de bits hacia la izquierdao la derecha, con o sin extensión de signo). Losdesplazamientos pueden ser interpretados comomultiplicaciones o divisiones por 2.
  25. 25. 25Operaciones Complejas Se puede diseñar un ALU para calcular cualquier operación, sinimportar lo compleja que sea; el problema es que cuanto máscompleja sea la operación, tanto más costosa será la ALU, másespacio usará en el procesador, y más energía disipará. Por lo tanto siempre se calcula un ALU suficientemente poderosopara hacerlo rápido, pero no tan complejo para llegar a serprohibitivo. Imagine que usted necesita calcular, digamos, la raízcuadrada de un número; se examinará las opciones siguientes paraimplementar esta operación: Diseñar una ALU muy compleja que calcule la raíz cuadrada decualquier número en un solo paso. Esto es llamado cálculo en un solociclo de reloj. Diseñar una ALU compleja que calcule la raíz cuadrada con variospasos (como el algoritmo que aprendimos en la escuela). Esto esllamado cálculo interactivo, y generalmente confía en el control deuna unidad de control compleja con microcódigo incorporado. Diseñar una ALU simple en el procesador, y vender un procesadorseparado, especializado y costoso, que el cliente pueda instalaradicional al procesador, y que implementa una de las opciones dearriba. Esto es llamado coprocesador.
  26. 26. 26Operaciones Complejas Emular la existencia del coprocesador, es decir, siempre que unprograma intente realizar el cálculo de la raíz cuadrada, hacer que elprocesador compruebe si hay presente un coprocesador y usarlo si lohay; si no hay uno, interrumpir el proceso del programa e invocar alsistema operativo para realizar el cálculo de la raíz cuadrada por mediode un cierto algoritmo de software. Esto es llamado emulación porsoftware. Decir a los programadores que no existe el coprocesador y no hayemulación, así que tendrán que escribir sus propios algoritmos paracalcular raíces cuadradas por software. Esto es realizado porbibliotecas de software. Las opciones arriba van de la más rápida y más costosa a la máslenta y económica. Por lo tanto, mientras que incluso lacomputadora más simple puede calcular la fórmula máscomplicada, las computadoras más simples generalmente tomaránun tiempo largo porque varios de los pasos para calcular la fórmulaimplicarán las opciones #3, #4 y #5 de arriba. Los procesadores como el Pentium IV y el AMD64 implementan laopción #1 para las operaciones más complejas y la más lenta #2para las operaciones extremadamente complejas. Eso es posiblepor la capacidad de construir ALU muy complejas en estosprocesadores.
  27. 27. 27Instrucciones del ALU Se conoce como set de instrucciones al conjunto de instruccionesque es capaz de entender y ejecutar un microprocesador. Las instrucciones se clasifican según su función en: Instrucciones de transferencia de datos. Estas instrucciones muevendatos (que se consideran elementos de entrada/salida) desde la memoriahacia los registros internos del microprocesador, y viceversa. También seusan para pasar datos de un registro a otro del microprocesador. Existenalgunas instrucciones que permiten mover no sólo un dato, sino unconjunto de hasta 64 KBytes con una sola instrucción. Instrucciones de cálculo. Son instrucciones destinadas a ejecutar ciertasoperaciones aritméticas, como por ejemplo sumar, restar, multiplicar odividir, o ciertas operaciones lógicas, como por ejemplo AND, OR, así comodesplazamiento y rotación de bits. Instrucciones de transferencia del control del programa. Permitenromper la secuencia lineal del programa y saltar a otro punto del mismo.Pueden equivaler a la instrucción GOTO que traen muchos lenguajes deprogramación. Instrucciones de control. Son instrucciones especiales o de control queactúan sobre el propio microprocesador. Permiten acceder a diversasfunciones, como por ejemplo activar o desactivar las interrupciones, pasarórdenes al coprocesador matemático, detener la actividad delmicroprocesador hasta que se produzca una interrupción, etc.
  28. 28. 28ALU vs. FPU Una unidad de punto flotante, Floating Point Unit (FPU),también realiza operaciones aritméticas entre dosvalores, pero lo hace para números en representaciónde punto flotante, que es mucho más complicada que larepresentación de complemento a dos usada en unatípica ALU. Para hacer estos cálculos, una FPU tieneincorporados varios circuitos complejos, incluyendoalgunas ALU internas. Generalmente los ingenieros llaman ALU al circuito querealiza operaciones aritméticas en formatos de númeroentero (como complemento a dos y BCD), mientras quelos circuitos que calculan en formatos más complejoscomo punto flotante, números complejos, etc., recibengeneralmente un nombre más ilustre.
  29. 29. 29Unidad de Control La Unidad de control (CU) es la encargada de activar odesactivar los diversos componentes del microprocesador enfunción de la instrucción que el microprocesador estéejecutando y en función también de la etapa de dichainstrucción que se esté ejecutando. La unidad de control (UC) interpreta y ejecuta lasinstrucciones almacenadas en la memoria principal y generalas señales de control necesarias para ejecutarlas. Existen dos tipos de unidades de control, las cableadas,usadas generalmente en máquinas sencillas, y lasmicroprogramadas, propias de máquinas más complejas. Enel primer caso, los componentes principales son el circuito delógica secuencial, el de control de estado, el de lógicacombinacional, y el de emisión de reconocimiento señales decontrol. En el segundo caso, la microprogramación seencuentra almacenada en una micromemoria (se accede alas mismas de manera secuencial (1, 2, ..., n), yposteriormente se ejecuta cada una de ellas).
  30. 30. 30Componentes CU Para realizar su función, la unidad de control consta delos siguientes elementos: Contador de programa: Contiene permanentemente ladirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar. Aliniciar la ejecución de un programa toma la dirección de suprimera instrucción. Incrementa su valor en uno, de formaautomática, cada vez que se concluye una instrucción, salvo sila instrucción que se está ejecutando es de salto o de ruptura desecuencia, en cuyo caso el contador de programa tomará ladirección de la instrucción que se tenga que ejecutar acontinuación; esta dirección está en la propia instrucción encurso. Registro de instrucciones:Contiene la instrucción que se estáejecutando en cada momento. Esta instrucción llevará consigoel código de operación (un código que indica qué tipo deoperación se va a realizar, por ejemplo una suma) y en su casolos operandos (datos sobre los que actúa la instrucción, porejemplo los números a sumar) o las direcciones de memoria deestos operandos.
  31. 31. 31Componentes CU Decodificador: Se encarga de extraer el código de operaciónde la instrucción en curso (que está en el registro deinstrucción), lo analiza y emite las señales necesarias al restode elementos para su ejecución a través del secuenciador. Reloj: Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos o ciclosa intervalos constantes (frecuencia constante), que marcan losinstantes en que han de comenzar los distintos pasos de queconsta cada instrucción. El reloj del sistema (system clock) esquien sincroniza y controla la velocidad de las operacionesdentro de la computadora. Esta velocidad se expresa en hertz locual significa una operación o ciclo por segundo. Entre másrápido el reloj el CPU de la computadora procesa la instruccióncon más velocidad. Secuenciador: En este dispositivo se generan órdenes muyelementales (microórdenes) que, sincronizadas por los impulsosde reloj, hacen que se vaya ejecutando poco a poco lainstrucción que está cargada en el registro de instrucción.
  32. 32. 32Diagrama CU
  33. 33. 33Arquitecturas de Microprocesadores La arquitectura de microprocesadores es el diseño conceptual y laestructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Esdecir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientosy las implementaciones de diseño para varias partes de unacomputadora, con especial interés en la forma en que la unidadcentral de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a lasdirecciones de memoria. También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectarcomponentes de hardware para crear computadoras según losrequerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo. La segmentación de instrucciones es similar al uso de una cadena demontaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas demontaje, el producto pasa a través de varias etapas de producciónantes de tener el producto terminado. Cada etapa o segmento de lacadena está especializada en un área específica de la línea deproducción y lleva a cabo siempre la misma actividad. Esta tecnologíaes aplicada en el diseño de procesadores eficientes. A estosprocesadores se les conoce como “pipeline processors”. Un “pipeline processor” está compuesto por una lista de segmentoslineales y secuenciales en donde cada segmento lleva a cabo unatarea o un grupo de tareas computacionales.
  34. 34. 34Arquitecturas de Microprocesadores Los datos que provienen del exterior se introducen en el sistema paraser procesados. La computadora realiza operaciones con los datosque tiene almacenados en memoria, produce nuevos datos oinformación para uso externo. Las arquitecturas y los conjuntos de instrucciones se pueden clasificarconsiderando los siguientes aspectos: Almacenamiento de operandos en la CPU: dónde se ubican los operandosaparte de la memoria. Número de operandos explícitos por instrucción: cuántos operandos seexpresan en forma explícita en una instrucción típica. Normalmente son 0,1, 2 y 3. Posición del operando: Puede cualquier operando estar en memoria?, odeben estar algunos o todos en los registros internos de la CPU. Cómo seespecifica la dirección de memoria (modos de direccionamientodisponibles) Operaciones: Qué operaciones están disponibles en el conjunto deinstrucciones. Tipo y tamaño de operandos y cómo se especifican.
  35. 35. 35Arquitecturas de Microprocesadores El núcleo (kernel) es la parte fundamental de unsistema operativo. Es el software responsable defacilitar a los distintos programas acceso seguro alhardware de la computadora. Como hay muchosprogramas y el acceso al hardware es limitado, elnúcleo también se encarga de decidir qué programapodrá hacer uso de un dispositivo de hardware ydurante cuánto tiempo. Acceder al hardwaredirectamente puede ser realmente complejo, por loque los núcleos suelen implementar una serie deabstracciones del hardware. Esto permite esconder lacomplejidad, y proporciona una interfaz limpia yuniforme al hardware subyacente, lo que facilita su usopara el programador. Se asegura de: La comunicación entre los programas informáticos y elhardware. Gestión de los distintos programas informáticos (tareas)de una máquina. Gestión del hardware (memoria, procesador, periférico,forma de almacenamiento, etc.)
  36. 36. 36Arquitecturas de Microprocesadores Firmware o Programación en Firme, es un bloque deinstrucciones de programa para propósitos específicos,grabado en una memoria tipo ROM, que establece la lógicade más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos deun dispositivo de cualquier tipo. Al estar integrado en laelectrónica del dispositivo es en parte hardware, perotambién es software, ya que proporciona lógica y se disponeen algún tipo de lenguaje de programación. Funcionalmente,el firmware es el intermediario (interfaz) entre las órdenesexternas que recibe el dispositivo y su electrónica, ya que esel encargado de controlar a ésta última para ejecutarcorrectamente dichas órdenes externas. Encontramos Firmware en memorias ROM de los sistemasde diversos dispositivos periféricos, como en monitores devideo, unidades de disco, impresoras, etc., pero también enlos propios microprocesadores, chips de memoria principal yen general en cualquier circuito integrado. El programa BIOS de una computadora es un firmware cuyopropósito es activar una máquina desde su encendido ypreparar el entorno para la instalación de un SistemaOperativo complejo, así como responder a otros eventosexternos (botones de pulsación humana) y al intercambio deórdenes entre distintos componentes de la computadora. En un microprocesador el firmware es el que recibe lasinstrucciones de los programas y las ejecuta en la complejacircuitería del mismo, emitiendo órdenes a otros dispositivosdel sistema.
  37. 37. 37Arquitecturas de Microprocesadores CISC es un modelo de arquitectura de computadores (ComplexInstruction Set Computer). Los microprocesadores CISC tienen unconjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio ypermitir operaciones complejas entre operandos situados en lamemoria o en los registros internos, en contraposición a la arquitecturaRISC. Este tipo de arquitectura dificulta el paralelismo entre instrucciones, porlo que, en la actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de altorendimiento implementan un sistema que convierte dichasinstrucciones complejas en varias instrucciones simples del tipo RISC,llamadas generalmente microinstrucciones. Los CISC pertenecen a la primera corriente de construcción deprocesadores, antes del desarrollo de los RISC. Ejemplos de ellos son:Motorola 68000, Zilog Z80 y toda la familia Intel x86 usada en lamayoría de las computadoras personales del planeta. Hay que hacer notar, sin embargo que la utilización del término CISCcomenzó tras la aparición de los procesadores RISC comonomenclatura despectiva por parte de los defensores/creadores deéstos últimos.
  38. 38. 38Arquitecturas de Microprocesadores De Arquitectura computacional, RISC (Reduced InstructionSet Computer), Computadora con Conjunto deInstrucciones Reducido. Es un tipo de microprocesadorcon las siguientes características fundamentales: Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido númerode formatos. Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a lamemoria por datos. Además estos procesadores suelen disponer de muchosregistros de propósito general. El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura esposibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecuciónde instrucciones y reducir los accesos a memoria. Lasmáquinas RISC protagonizan la tendencia actual deconstrucción de microprocesadores. PowerPC, DECAlpha, MIPS, ARM... son ejemplos de algunos de ellos.
  39. 39. 39Arquitecturas de Microprocesadores RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está afavor de conjuntos de instrucciones pequeños y simples que tomanmenor tiempo para ejecutarse. El tipo de procesador más comúnmenteutilizado en equipos de escritorio, el x86, está basado en CISC en lugarde RISC, aunque las versiones más nuevas traducen instruccionesbasadas en CISC x86 a instrucciones más simples basadas en RISCpara uso interno antes de su ejecución. La idea fue inspirada por el hecho de que muchas de las característicasque eran incluidas en los diseños tradicionales de CPU para aumentar lavelocidad estaban siendo ignoradas por los programas que eranejecutados en ellas. Además, la velocidad del procesador en relación conla memoria de la computadora que accedía era cada vez más alta. Estoconllevó la aparición de numerosas técnicas para reducir elprocesamiento dentro del CPU, así como de reducir el número total deaccesos a memoria. Terminología más moderna se refiere a esos diseños comoarquitecturas de carga-almacenamiento.
  40. 40. 40Motorola Motorola es unaempresaestadounidenseespecializada en laelectrónica y lastelecomunicaciones,establecida enSchaumburg,Illinois, un suburbiode Chicago.Motorola IncTipo PrivadaFundación 1928Sede Schaumburg, Illinois, EE.UU.Gerentes Edward Zander, CEO &ChairmanIndustria Equipamiento paracomunicacionesProductos MicroprocesadoresCelularesRadiosIngresos $41.200 billones USD (2006)Empleados 69, 000Sitio web http://www.motorola.com/
  41. 41. 41Historia de Motorola El nombre "Motorola" fue adoptado en 1947, peroha sido utilizado como marca comercial desde losaños treinta cuándo la compañía empezó a fabricarradios para el automóvil. Incipientes compañíasutilizaron el sufijo "-ola" para comercializar susfonógrafos, radios y otro equipamiento de audio enla década de 1920, la más famosa de ellas fue"Victrola", la empresa RCA lanzó su "radiola",había otra compañía que lanzó una máquinatocadiscos al mercado llamada Rock-Ola, y uneditor de películas llamado Moviola. El prefijo "Motor-" se eligió en principio porqué elobjetivo inicial de Motorola fue la electrónicadestinada al automóvil.
  42. 42. 42Historia de Motorola El negocio de la compañía también tuvo éxito en lafabricación de tecnología de semiconductores,incluyendo los circuitos integrados utilizados en losordenadores y los microprocesadores que fueronusados para el Commodore Amiga, el Macintosh y elPowerPC de Apple. A principios de los años ochenta, Motorola lanzó unaagresiva cruzada para mejorar la calidad de susproductos, primero diez veces, y luego cien veces. Lacompañía se fijó la meta de calidad "seis sigma". Estetérmino de estadística significa: "seis desviacionesestándar respecto de un promedio de desempeñoestadístico". Esto quiere decir que Motorola sepropuso reducir los defectos de sus productos amenos de 3.4 por millón en cada uno de susprocesos: 99.9997% libres de defectos. "Seis sigma"se convirtió en el grito de batalla de Motorola.
  43. 43. 43Historia de Motorola Además Motorola actualmente tiene unadiversificada línea de productos en materiade telecomunicaciones que pasa desde lossistemas de satélite, hasta los módem. El 6 de Octubre del 2003, Motorola anuncióque escindiría la producción desemiconductores en la creación de unanueva empresa "Freescale Semiconductor,Inc". La nueva compañía empezó a cotizarel 16 de Julio del 2004 en la New YorkStock Exchange.
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