LOS PROCESADORES

EL microPROCESADOR

Es el elemento fundamental de los computadores digitales actuales, que siguen los paradigmas del silicio.
Internamente basicamente se compone y de manera esquematica de :

• una Unidad  Central de Proceso o CPU(Central Processing Unit)
• un contador de programas o PC (Program Counter)
• una unidad logico aritmetica o ALU (Arithmetic Logic Unit) de números enteros y otra de procesamiento vectorial para matrices
• una pila de señalizadores o indicadores - FLAGS
• un puntero de pila  SP ( Stack Pointer)
• registros de propósito general
• buses de datos , buses de direcciónes y líneas de control.

En este diagrama esquemático que tenemos vemos algunos de los elementos indicados

Las funciones de los modulos son las sgtes:

• ALU -. Unidad Lógico Aritmetica, sirve para procesar sumas de números enteros en formato binario. Todas las operaciones puede ser resueltos mediante  una suma. Una multiplicación es una secuencia de sumas y una resta es una suma de complementos; lo mismo podrimos decir para la división y las demas operaciones.

• PROCESADOR VECTORIAL .-Para  operaciones mas complejas, los microprocesadores actuales tienen unidades de calculo vectorial  es decir que son modulos especializados en operaciones de numeros que no son enteros y que pueden trabajar en matrices a la vez. Toma varios nombres en cada fabricante por ejemplo en Motorola es Altivec, en INTEL es SSE3 y asi sucesivamente.

• FLAGS.- son señalizadores que nos indican si ha habido un rebosamiento o desborde en la operacion, un acarreo de suma, un prestado de resta , si el resultado de la operacion ha sido zero etc. etc. permite seǹalizar estos estados para ejecutar acciones de control en base a estos resultados.

• ACUMULADOR. es un registro especial que suma todo lo que va ingresando con lo que internamenter contiene . 

• CONTADOR DE PROGRAMA.- consiste en un secuenciador o clock interno que tiene el microprocesador para poder asi llevar la secuencia de todas las operaciones que esta realizando en cada momento.

• PILA de REGISTROS.- es una apuntador de pila, es decir que cuando existe una interrupcion, este registro especial registra en que secuencia se interrumpio una operacion normal para poder ejecutar una operación de interrupciones. Luego cuando finaliza la interrupción, el sistema recuerda gracias a este registro en que secuencia o en que se quedo su trabajo para asi poder retomarlo y terminar su ejecución. Opera como podemos deducir cada vez que se ejecutan interrupciones.

•  REGISTROS Blocks .- son registros tipo block que sirven para efectuar operaciones internas a gran velocidad en cada operación. Son de proposito general .

• DECODIFICADOR de INSTRUCCIONES.- su mision es descifrar o decodificar del dato, que tipo de operacion se debe realizar; esta decodificacion sirve para permitirle a la unidad de control producir  las diferentes señales de control que precisara para poder realizar su trabajo. todo esto acorde con el tipo de intrucción que ha decodificado.

Por ejemplo si la instrucción es leer de una ubicación de memoria principal ; la unidad de control tendra que enviar señales a la memoria principal para su operación de lectura y a su vez habilitar los buses  de direcciones y de datos del sistema para poder llevar a cabo esto.

• UNIDAD de CONTROL.- es la unidad que controla todo el proceso dentro del microprocesador, de acuerdo con las señales que le ingresan como de las instrucciones decodificadas. Con todos estos elementos esta unidad envia señales de control a los diferentes partes y modulos del sistema de computo.

ESTRUCTURA INTERNA DEL MICROPROCESADOR

Su estructura o celula basica esta conformada por transistores, que son los elementos que funcionan en modo conmutación ( a diferencia de otros modos que tiene el transistor de funcionamiento como es el de amplificacion por ejemplo)

Al funcionar como un conmutador ( estados de corte y saturacion) o switch o simple interruptor de luz; entonces se puede aplicar todo lo relacionado con la logica binaria cuyo fundamentos matematico son la logica de Boole-DeMorgan.

A su vez al utilizar logica binaria empleamos todo lo relacionado con los numeros binarios y su teoria numerica.
De esta forma es como hacemos funcionar circuitos basicos como las puertas logicas NAND o NOR para luego ir escalando y subir a circutos digitales mas avanzados como son los flip flops.

 

       NOR                                                               NAND

  Flip Flop

Conforme vamos realizando un microprocesador bastante sofisticado, este ira presentara varios millones de transistores en su arquitectura. Con lo cual problemas como el tamaño del mismo, la potencia necesaria para su funcionamiento y el calor que generara y sera necesario disipar por sobre todo , es lo que ponen limite a la realizacion de utilizar muchos transistores juntos.

De igual manera cuando queremos elevar la frecuencia de rendimiento nos encontramos con que a mayor frecuencia se requerira mayor energía o potencio  de consumo por lo tanto el calor a disipar sera mayor por lo que impone un limite tambien el aumento de la frecuencia, la ecuacion que gobierna esto es

P(power) ~  f(frequency)*v2(voltage)

POTENCIA (directamente proporcional a) FRECUENCIA x VOLTIOS (elevado a la potencia de)2


CLASIFICACION DE MICROPROCESADORES

Los microprocesadores se pueden clasificar  de acuerdo con el numero de bits de datos que pueden transportar, tambien llamado  bus de datos.

Asi tenemos que si hablamos de un microprocesador de 8 bits, estaremos hablando de uno que tiene un bus de datos de 8 bits.
Aqui algunos

Es el 8088 de la compañia INTEL y que dio origen o nacimiento a la arquitectura mundialmente famosa que es la PC ( Personal Computer)


Procesador de 16 bits estamos hablando de microprocesadores que transportan 16 bits de datos.

Aqui tenemos un procesador 286 u 80286, de la compañia INTEL, este microprocesador fue utilizado en las PCs mas avanzadas de su tiempo conocidas como las AT ( Advanced Technologies), fabricadas por la IBM.

Procesador de 32 bits y 64 bits, son aquellos que pueden transportar 32 y 64 bits respectivamente de datos.

Esta imagen es de un INTEL 386, que se utilizaba en maquinas PC superiores a las dos anteriores . Estab arquitectura de 32 bits es la que mas ha perdurado, porque luego de esta 386, INTEL fabrico su 486 para luego dar el salto con las Pentium.

Asi tenemos que toda la familia Pentium ( II, III y la 4) eran de 32 bits; luego se paso a la Dual Core y Core2Duo con Core2Quad, son familias tambien de 32 bits, pero en este caso ya no se tratan de un solo microprocesador como en las Pentium si no de dos y cuatro microprocesadores incorporados en un mismo chip o pastilla electrónica respectivamente.

Debemos hacer aqui la salvedad que INTEL, fabricó una variante conjuntamente con algunos modelos de mainboard, de la caracteristica denominada EMT ( Extension Memory Technology), es decir que se podia doblar el ancho del bus de datos de 32 a 64 bits mediante esta caracteristica. Pero el microprocesador internamente seguia siendo de 32 bits.

La familia  Corei7 , si es un microprocesador de 64 bits de datos, que ademas incorpora varios microprocesadores dentro de su chip. Es un microprocesador de 64 bit nativos.


Continuara