EL MICROPROCESADOR

El microprocesador es el cerebro del ordenador. Se encarga de realizar todas las operaciones de cálculo y de controlar lo que pasa en el ordenador recibiendo información y dando órdenes para que los demás elementos trabajen. Es el jefe del equipo y, a diferencia de otros jefes, es el que más trabaja.

Partes de un microprocesador:

En un micro podemos diferenciar diversas partes:

El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en sí, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo por oxidación con el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplarán a su zócalo o a la placa base.

La memoria caché: una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo el tiempo de espera.Todos los micros "compatibles PC" desde el 486 poseen al menos la llamada caché interna de primer nivel o L1; es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Pentium III Coppermine, Athlon Thunderbird, etc.) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande aunque algo menos rápida, la caché de segundo nivel o L2.

El coprocesador matemático: o, más correctamente, la FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante). Parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos; antiguamente estaba en el exterior del micro, en otro chip.
el resto del micro: el cual tiene varias partes (unidad de enteros, registros, etc.)

Funcionamiento:

Desde el punto de vista lógico y funcional, el microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros ; una Unidad de Control, una Unidad Aritmetico-Logica ; y dependiendo del Procesador , puede contener una unidada en coma flotante.

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, Pre lectura 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 (si los hay),
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 del 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 oscilador, normalmente 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 MHz.

Tipos de Procesadores:

Básicamente existen dos tipos de estructura de procesador, que constituyen hoy en día la diversidad de chips en el mercado (el caso más claro y con más éxito es el de AMD e Intel).

De una parte tenemos microprocesadores RISC los cuales se basan en instrucciones simples y por lo tanto la complejidad total de la CPU es menor. Algunos ejemplos son: Power PC, Motorola y SPARC, la mayoría son utilizados en empresas por su rendimiento y fiabilidad.

Por otro lado, los microprocesadores CISC (Complex-Instruction-Set-Computing) contienen instrucciones complejas, ocupan más tamaño, dedicando más tiempo por instrucción con menos instrucciones. Algunos ejemplos son: Pentium, Cyrix y AMD.

Comparacion:

Cuando se ejecuta un programa difícil, o extenso, los CISC son más rápidos y eficaces que los RISC. En cambio cuando tenemos en ejecución un conjunto de instrucciones sencillas, cortas y simples, tenemos que los RISC son más rápidos.

Estas desigualdades también se dan entre los diferentes modelos y marcas de los dos tipos de procesadores.

Bus de datos :

El microprocesador lee y escribe datos en la memoria principal y en los dispositivos de entrada/salida. Estas transferencias se realizan a través de un conjunto de conductores que forman el bus de datos. El número de conductores suele ser potencia de 2. Hay buses de 4, 8, 16, 32, 64, ... conductores. Los modelos de la familia x86, a partir del 80386 , trabajan con bus de datos de 32 bits, y a partir del Pentium con bus de 64 bits. Pero los microprocesadores de las tarjetas graficas que tienen un mayor volumen de procesamiento por segundo, se ven obligados a aumentar este tamaño, y así tenemos hoy en día microprocesadores gráficos que trabajan con datos de 128 ó 256 bits. Estos dos tipos de microprocesadores no son comparables, ya que ni su juego de instrucciones ni su tamaño de datos son parecidos y por tanto el rendimiento de ambos no es comparable en el mismo ámbito.

La arquitectura x86 se ha ido ampliando a lo largo del tiempo a través de conjuntos de operaciones especializadas denominadas "extensiones", las cuales han permitido mejoras en el procesamiento de tipos de información específica. Este es el caso de las extensiones MMX y SSE y sus contrapartes, las extensiones 3DNow! de AMD . A partir de 2003, el procesamiento de 64 bits fue incorporado en los procesadores de arquitectura x86 a través de la extensión AMD64 y posteriormente con la extensión EM64T en los procesadores [AMD] e [Intel] respectivamente.

Puertos de entrada y salida:

El microprocesador tiene puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado. El chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las funciones de transmisión de la información entre el microprocesador, la memoria, el sistema gráfico y demás periféricos. El conjunto de circuitos integrados auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea suele ser conocido como chipset, cuya traducción literal del inglés significa conjunto de circuitos integrados. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo. La mayoría de los sistemas necesitan más de un circuito integrado auxiliar; sin embargo, el término chipset se suele emplear en la actualidad cuando se habla sobre las placas base de los IBM PCs.
El chipset esta conformado por dos partes:

El North Bridge o Puente Norte se usa como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria. Controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la Memoria RAM, el puerto gráfico AGP o PCI Express, y las comunicaciones con el Puente Sur. Al principio tenía también el control de PCI, pero esa funcionalidad ha pasado al puente sur.

El SouthBridge o Puente Sur controla los dispositivos asociados como son la controladora de discos IDE, puertos USB, Firewire, SATA , RAID, ranuras PCI,ranura AMR , ranura CNR, puertos infrarojos, disquetera, LAN, PCI Express 1x y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. Es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los perifericos.

Arquitecturas:

·65xx
·MOS Technology 6502
·Western Design Center 65xx
·ARM
·Altera Nios, Nios II
·AVR (puramente microcontroladores)
·EISC
·RCA 1802 (aka RCA COSMAC, CDP1802)
·DEC Alpha
·Intel
·Intel 4556, 4040
·Intel 8970, 8085, Zilog Z80
·Intel Itanium
·Intel i860
·Intel i515
·LatticeMico32
·M32R
·MIPS
·Motorola
·Motorola L 6
·Motorola 6809
·Motorola c115, ColdFire
·corelduo 15485

·Motorola 88000 (antecesor de la familia PowerPC con el IBM POWER)
·IBM POWER (antecesor de la familia PowerPC con el Motorola 88000)
·Familia PowerPC, G3, G4, G5
·NSC 320xx
·OpenRISC
·PA-RISC
·National Semiconductor SC/MP ("scamp")
·Signetics 2650
·SPARC
·SuperH family
·Transmeta Crusoe, Transmeta Efficeon (arquitectura VLIW, con emulador de la IA32 de 32-bit Intel x86)
·INMOS Transputer
·x86
·Intel 8086, 8088, 80186, 80188 (arquitectura x86 de 16-bit con sólo modo real)
·Intel 80286 (arquitectura x86 de 16-bit con modo real y modo protegido)
·IA-32 arquitectura x86 de 32-bits
·x86-64 arquitectura x86 de 64-bits
·Cambridge Consultants XAP