1.2.-Analisis de los componentes 1.2.1.-CPU La Unidad Central de Proceso (conocida por sus siglas en inglés, CPU). Es el lugar donde se realizan las operaciones de cálculo y control de los componentes que forman la totalidad del conjunto del sistema informático.
Las CPU de las actuales computadoras son microproc esadores construidos sobre un cristal de silicio semiconductor donde se crean todos los elementos que forman un circuito electrónico (transistores, etc.) y las conexiones necesarias para formarlo. El microcircuito se encapsula en una pastilla de plástico con una serie de conexiones hacia el exterior, en forma de patillas metálicas, que forman su nexo de unión al resto del sistema informático.
Estas pastillas de plástico, con una multitud de patillas de conexión metálicas, reciben el nombre de chips.el microprocesador central de una computadora se divide en: Unidad de Control (Control Unit o CU en inglés). Unidad Aritmético-Lógica (Aritmethic Control Unit o ALU en inglés). Registros. La Unidad de Control maneja y coordina todas las operaciones del sistema informático dando prioridades y solicitando los servicios de los diferentes componentes para dar soporte a la unidad aritmético-lógica en sus operaciones elementales.
La Unidad Aritmético-Lógica realiza los diferentes cálculos matemáticos y lógicos que van a ser necesarios para la operatividad de la computadora; debe recordarse que todo el funcionamiento del sistema de una computadora se realiza sobre la base de una serie de operaciones matemáticas en código binario Los Registros son una pequeña memoria interna exi stente en la CPU que permiten a la ALU el manejo de las instrucciones y los datos precisos para realizar las diferentes operaciones elementales. De la misma forma que la placa principal tiene un bus para conectar la CPU con los diferentes dispositivos del sistema informático, la unidad de control tiene un bus interno para conectar sus componentes Estructura del CPU
1.2.1.1.-Arquitectura Existen dos tipos más comunes: CISC: Su sistema de trabajo se basa en la microprogramación. Consiste en hacer que cada instrucción sea interpretada por un mini programa. RISC: Microprocesador con un conjunto de instrucciones muy reducidas en contraposición. Se basan en estructuras simples y p or lo tanto su complejidad total de la CPU es menor.
Arquitectura interna del CPU La CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta velocidad llamada registro. Algunos de los registros están dedicados al control, y solo la unidad de control tiene acceso a ellos. Los registros restantes son los registros de uso general y el programador es el usuario que tiene acceso a ellos. Dentro del conjunto básico de registros de control se deben incluir a los siguientes: Contador de programa (PC). Registro de direcciones de la memoria (MAR). Registro de datos (RD). Registro de instrucciones (ER). Palabra de estado de programa (PSW).
(PC): La función del PC consiste en seguir la pista de la instrucción por buscar (capturar) en el siguiente ciclo de maquina, por lo tanto contiene la dirección de la siguiente instrucción por ejecutar. El PC es modificado dentro del ciclo de búsqueda de la instrucción actual mediante la suma de una constante. El numero que se agrega al PC es la longitud de una instrucción en palabras. Por lo tanto, si una instrucción tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC, si una instrucción tiene dos palabras de largo se agrega 2, y así sucesivamente.
Registro de direcciones de la memoria (MAR): funciona como registro de enlace entre la CPU y el canal de direcciones. Cuando se logra el acceso a la memoria la dirección es colocada en el MAR por la unidad de control y ahí permanece hasta que se completa la transacción. El numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones. La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecución de una instrucción, el PC y el MAR sirven al mismo fin. Sin embargo, muchas de las instrucciones de la maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que están en ella. Como la dirección de los datos suele ser diferente de la instrucción siguiente se necesita el MAR.
Registro de datos: la función del RD consiste en proporcionar un área de almacenamiento temporal (memoria intermedia, acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y la memoria. Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecución) o datos del operando (obtenidos en el ciclo de ejecución). Debido a su conexión directa con el canal de datos el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal.
Registro de instrucciones (ER): es un registro que conserva el código de operación de la instrucción en todo el ciclo de la maquina. El código es empleado por la unidad de control de la CPU para generar las señales apropiadas que controla le ejecución de la instrucción. La longitud del ER es la longitud en bit del código de operación.
Palabra de estado de programa (PSW): la palabra de estado o condición de programa almacena información pertinente sobre el programa que este ejecutándose. Por ejemplo al completarse una función de la unidad aritmética lógica se modifica un conjunto de bit llamados códigos (o señales de condición). Estos bit especifican si el resultado de una operación aritmética fue 0 o negativo o si el resultado se desbordó.
3.2.1.2.- Tipos Básicamente nos encontramos con dos tipos de diseño de los microprocesadores: RISC (Reduced-Instruction-Set Computing) y CISC (complex-instruction-set computing). Los microprocesadores RISC se basan en la idea de que la mayoría de las instrucciones para realizar procesos en el computador son relativamente simples por lo que se minimiza el número de instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la CPU. Algunos ejemplos de arquitectura RISC son el SPARC de Sun Microsystem s, el microprocesador Alpha diseñado por la antigua Digital, hoy absorbida por Compaq y los Motorola 88000 y PowerPC. Estos procesadores se suelen emplear en aplicaciones industriales y profesionales por su gran rendimiento y fiabilidad
Los microprocesadores CISC, al contrario, tienen una gran cantidad de instrucciones y por tanto son muy rápidos procesando código complejo. Las CPU s CISC más extendidas son las de la familia 80x86 de Intel cuyo último micro es el Pentium II. Últimamente han aparecido otras compañías como Cirix y AMD que fabrican procesadores con el juego de instrucciones 80x86 y a un precio sensiblemente inferior al de los microprocesadores de Intel. Además, tanto Intel con MMX como AMD con su especificación 3D-Now! están apostando por extender el conjunto de instrucciones de la CPU para que trabaje más eficientemente con tratamiento de imágenes y aplicaciones en 3 dimensiones.
1.2.1.3 Características. Las características más importantes a considerar al escoger un CPU para usarlo en una aplicación, son: Modelo del programador (Conjunto de registros que el programador puede utilizar), forman el modelo mental del CPU que el programador utiliza al programar en ensamblador. Conjunto de instrucciones que puede ejecutar el CPU Modos de direccionamiento que pueden usarse para obtener los operandos de las instrucciones. Ciclo de instrucción (el conjunto de pasos que realiza el CPU para procesar cada instrucción) Buses de interconexión, usados para que el CPU lea y escriba a la memoria y a los dispositivos de entrada y salida.