Microprocesador. Introducción. Instituto Sagrado Corazón de Jesús

Transcripción

1 Microprocesador Introducción El microprocesador es la parte de la computadora diseñada para llevar acabo o ejecutar los programas. Este viene siendo el cerebro de la computadora, el motor, el corazón de la PC. Este ejecuta instrucciones que se le dan a la computadora a muy bajo nivel haciendo operaciones lógicas simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir. Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles (o millones) de elementos llamados transistores, cuya combinación permite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip.

2 Capacidades indispensables del microprocesador Los microprocesadores deben cumplir con ciertas capacidades fundamentales: La primera es leer y escribir información en la memoria de la PC. Esto es decisivo ya que en las instrucciones del programa que ejecuta el microprocesador y los datos sobre los cuales trabaja están almacenados temporalmente en esa memoria. La segunda capacidad es reconocer y ejecutar una serie de comandos o instrucciones proporcionados por los programas. La tercera capacidad es poder expresarle a los otros componentes de la PC lo que deben de hacer, para que de esta forma, el micro pueda dirigir las operaciones en la maquina. Los circuitos de control del microprocesador tienen la función de decodificar y ejecutar el programa (un conjunto de instrucciones para el procesamiento de los datos).

3 Componentes de un Microprocesador Unidad de Control: Unidad encargada de Activar o Desactivar los diferentes componentes del procesador, igualmente se encarga de Interpretar y ejecutar las diferentes instrucciones almacenadas en la memoria principal. Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas (interpretación) y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso. Se encarga de interpretar cada una de las instrucciones generadas por un programa y después inicia las acciones apropiadas para llevar a cabo las instrucciones. Los tipos de componentes internos que la unidad de control dirige incluyen a la ALU, los registros, y los buses. Unidad Aritmético y Lógica: La ALU es otro componente del procesador. Todas las operaciones que efectúa una computadora pertenecen a dos tipos básicos: operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación y división) y operaciones lógicas (por ejemplo, la comparación de dos números para ver si son iguales o uno es mayor o mejor). La capacidad de la computadora para efectuar comparaciones le permite tomar cursos alternos de acción que dependen de la situación. Utiliza registros para conservar los datos que se están procesando. Registros: Un procesador contiene pequeñas ubicaciones de almacenamiento de alta velocidad llamados registros, que de manera temporal contienen datos e instrucciones. Los registros son parte del procesador, no parte de la memoria o de algún dispositivo de almacenamiento permanente. Los procesadores tienen diferentes tipos de registro, cada uno con una función específica de almacenamiento. Las funciones de un registro incluyen el almacenamiento de la ubicación de donde una instrucción fue buscada, almacena una

4 instrucción mientras que la unidad de control la decodifica, almacena datos mientras que la ALU realiza los cálculos, y almacena el resultado de las operaciones llevadas a cabo. Memoria Cache: Si la memoria del sistema no puede no puede seguir el ritmo del procesador, se produce un "atasco" que ralentiza todo el equipo; para evitarlo se utilizan las memorias caché o memorias temporales, mucho más rápidas que la memoria RAM convencional. La memoria caché constituye un puente entre la memoria RAM y los registros que intercambian datos con las unidades de ejecución del procesador. El sistema de memoria caché interna asegura que se recogen datos importantes constantemente de la memoria RAM, de modo que el Micro (idealmente) nunca debe de esperar los datos. Cuando se accede por primera vez a un dato, se hace una copia en la caché; los accesos siguientes se realizan a dicha copia, haciendo que sea menor el tiempo de acceso medio al dato. Cuando el microprocesador necesita leer o escribir en una ubicación en memoria principal, primero verifica si una copia de los datos está en la caché; si es así, el microprocesador de inmediato lee o escribe en la memoria caché, que es mucho más rápido que de la lectura o la escritura a la memoria principal. Las memorias caché de los Micros son un remedio contra una serie de problemas concretos de embotellamiento: normalmente transiciones entre sistemas rápidos y lentos (el dispositivo rápido debe de esperar antes de emitir o recibir datos. Memoria caché nivel 1 También llamada memoria interna, se encuentra en el núcleo del microprocesador. Es utilizada para acceder a datos importantes y de uso frecuente, es el nivel en el que el tiempo de respuesta es menor. Este nivel se divide en dos: Nivel 1 Data Cache: Se encarga de almacenar datos usados frecuentemente y cuando sea necesario volver a utilizarlos, accede a ellos en muy poco tiempo, por lo que se agilizan los procesos. Nivel 1 Instruction Cache: Se encarga de almacenar instrucciones usadas frecuentemente y cuando sea necesario volver a utilizarlas, inmediatamente las recupera, por lo que se agilizan los procesos. Memoria caché nivel 2 Se encarga de almacenar datos de uso frecuente. Es más lenta que la caché L1, pero más rápida que la memoria principal (RAM). Se encuentra en el procesador, mas no en su núcleo. Genera una copia del nivel 1. Caché Exclusivo: Los datos solicitados se eliminan de la memoria caché L2. Caché Inclusivo: Los datos solicitados se quedan en la memoria caché L2. Memoria caché nivel 3 Esta memoria se genera una copia de la cache L2. Es más rápida que la memoria principal (RAM), pero más lenta que L2. En esta memoria se agiliza el acceso a datos e instrucciones que no fueron localizadas en L1 o L2. Es generalmente de un tamaño mayor y ayuda a que el sistema guarde gran cantidad de información agilizando las tareas del procesador. Reloj de Sistema o Clock: Para controlar el tiempo de todas las operaciones de la computadora el procesador recae en un pequeño circuito llamado reloj del sistema. Así como nuestro corazón late a un ritmo regular para mantener nuestro cuerpo funcionando, el reloj del sistema genera un pulso electrónico usado para sincronizar el procesamiento. Medido en megahertz (MHz) dónde 1 MHz= 1 millón de ciclos por segundo o gigahertz (GHz) donde 1 GHz = 1 ciclos de mil millones por segundo. Ciclos de computadora: Para cada instrucción, un procesador repite un conjunto de cuatro operaciones básicas, las cuales comprenden un ciclo de computadora: (1) búsqueda, (2) decodificación, (3) ejecución y

5 (4) almacenamiento. La búsqueda es el proceso de obtener instrucciones de un programa o un elemento de datos de la memoria. El término decodificar se refiere al proceso de traducir las instrucciones a señales que la computadora puede ejecutar. Ejecutar es el proceso de llevar a cabo los comandos. Almacenamiento en este contexto significa escribir el resultado a la memoria. Hoy día la mayoría de las computadoras personales soportan un concepto llamado pipelining. Con pipelining los procesadores inician la búsqueda de una segunda instrucción antes de que se haya completado el ciclo de la computadora de la primera instrucción. Los procesadores que cuentan con pipelining habilitado son más rápidos en el procesamiento porque no tienen que esperar para que una instrucción complete el ciclo de computadora antes de buscar la siguiente. Buses: Un bus, es un canal de comunicación que las computadoras usan para comunicar sus componentes entre sí, por ejemplo para comunicar el procesador con los periféricos, memoria o dispositivos de almacenamiento. Generalmente el Bus está integrado a la Motherboard, en donde se encuentran diferentes tipos de buses. El objetivo de que El bus esté conectado a la Mother es que los dispositivos que se conecten a ella, actúen como si estuvieran directamente conectadas con el procesador. El bus es el elemento más corriente de comunicación en las PC y consta de un camino que permite comunicar selectivamente un número de componentes o dispositivos, de acuerdo a unas ciertas reglas o normas de conexión. Desempeña por tanto las tareas de enlace y de conmutador, puesto que permite, en cada momento, seleccionar los dispositivos que se comunican a través suyo. En las transferencias de información que se realizan en los buses, hay como mínimo dos agentes involucrados: el que origina la transferencia, que denominaremos maestro de la transferencia y el que responde a la misma, que denominaremos esclavo de la transferencia. La operación básica del bus se denomina ciclo de bus. Un ciclo permite realizar una transferencia elemental de un dato entre dos dispositivos. En esta transferencia, la información se lleva de un elemento que se denomina fuente a otro que se denomina destino. Los buses modernos permiten agrupar varias transferencias en una sola operación, que denominaremos transacción, estas pueden tener los mismos o distintos destinos, o incluso un mismo elemento puede actuar como fuente y como destino en distintas transferencias de una misma transacción. En forma muy general existen tres tipos de buses, de acuerdo a la función que realizan: 1. Bus de direcciones 2. Bus de datos 3. Bus de control Bus de Direcciones Este es un bus unidireccional debido a que la información fluye es una sola dirección, de la CPU a la memoria ó a los elementos de entrada y salida. Cada una de estas direcciones corresponde a una localidad de la memoria ó dispositivo de E / S.

6 Bus de Datos Este es un bus bidireccional, pues los datos pueden fluir hacia o desde la CPU. Las terminales de la CPU pueden ser entradas o salidas, según la operación que se esté realizando (lectura o escritura). En todos los casos, las palabras de datos transmitidas tiene n bits de longitud debido a que la CPU maneja palabras de datos de n bits; del número de bits del bus de datos, depende la clasificación del microprocesador. Bus de Control Este conjunto de señales se usa para sincronizar las actividades y transacciones con los periféricos del sistema. Algunas de estas señales, como R / W, son señales que la CPU envía para indicar qué tipo de operación se espera en ese momento.