El microprocesador es un circuito integrado que contiene todos los elementos necesarios para conformar una "unidad central de procesamiento" UCP, también es conocido como CPU (por sus siglas en inglés: Central Process Unit). En la actualidad este componente electrónico está compuesto por millones de transistores, integrados en una misma placa de silicio.
Los microprocesadores generalmente aparecen a la venta empaquetados, para proteger el elemento de silicio (el microprocesador en sí) de la interferencia eléctrica y el daño por exposición al medio ambiente, este empaquetado suele tener forma de paralelogramo o prisma e incluye superficies o postes conductores para permitir el paso de alimentación eléctrica y de señales eléctricas desde y hacia el microprocesador. Este empaquetado comúnmente se instala sobre un elemento llamado zócalo (en inglés, socket) que sirve a la vez de anclaje e interfaz de comunicación entre el microprocesador y el resto del ordenador (por ejemplo, comunicando con el chipset). En algunas arquitecturas el microprocesador puede soldarse directamente a la placa madre (motherboard). También existen arquitecturas donde se adoptó el formato de cartucho, sin embargo éste formato es más bien raro en la actualidad, prefiriendo la industria disponer de microprocesadores como módulos independientes conectables (y también desconectables) en un zócalo especial.
En las arquitecturas modernas la disipación de calor es un problema mayor, debido a la alta frecuencia de operación y a la miniaturización extrema de los microprocesadores recientes, y por eso es común que, en ordenadores como los compatibles con la IBM PC, las motherboards dispongan de un zócalo especial para alojar el microprocesador y un sistema de enfriamiento, que comúnmente es consiste en un disipador de aluminio con un ventilador adosado (conocido como microcooler). Sin esta protección, los microprocesadores podrían sobrecalentarse al punto de estropearse permanentemente. Los microprocesadores actuales, en su gran mayoría, incluyen mecanismos automáticos que miden la temperatura y eventualmente apagan el procesador en caso de detectar sobrecalentamiento (también pueden incluir alarmas sonoras previas). Esto sirve para protegerlo de fallos, por ejemplo, si el ventilador se descompone o atasca. Equipos modernos también suelen incluir sensores en el microcooler (ventilador) que chequean continuamente su velocidad (rpm), en caso de que ella baje peligrosamente el equipo se apaga automáticamente.
Desde el punto de vista lógico y funcional, el microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros; una Unidad de control, una Unidad aritmético-lógica; y dependiendo del procesador, puede contener una unidad en coma flotante.
Funcionamiento
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 de 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.
Velocidad y ancho de banda
Actualmente se habla de frecuencias de Gigahercios (GHz.), o de Megahercios (MHz.). Lo que supone miles de millones o millones, respectivamente, de ciclos por segundo. El indicador de la frecuencia de un microprocesador es un buen referente de la velocidad de proceso del mismo, pero no el único. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabo una tarea concreta, así como el ancho de banda ó cantidad de instrucciones ejecutadas por ciclo ICP, son los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible, mientras que el índice ICP depende de varios factores, como el grado de supersegmentación y la cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles, entre otros. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones.
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 gráficas, 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 de Intel, 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 que el microprocesador delega en ellos. 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 chipsen tiene 2 campos que son:
chipse del norte. procesador y ram ( grande )
chipse del sur. trabaja con los perifericos externos ( pequeño)
chipse central,trabaja todos las coneccines del sistema
Chipsets
El chipset es un conjunto de circuitos integrados diseñado para trabajar conjuntamente y generalmente vendido como un único producto. En el mundo de los computadores personales se disponían muchos circuitos integrados como apoyo al microprocesador tales como el controlador de interrupciones, controlador de acceso directo a memoria, controlador de reloj, etc. Para reducir el número de circuitos se fueron creando circuitos más complejos que incluían multiples funcionalidades en su interior. Esos circuitos son los que actualmente se denominan chipset del computador y son responsables en una medida importante del rendimiento global del mismo.
Se ha comparado al Chipset con la "médula espinal": "una persona puede tener un buen cerebro, pero si la médula falla, todo el cuerpo no sirve para nada".
Las computadoras personales actuales tienen chipset formado por 2 circuitos auxiliares al procesador principal:
El puente norte que se utiliza como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria, controlando los accesos hacia y desde el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico y las comunicaciones con el puente sur.
El puente sur que controla los dispositivos asociados, es decir se encarga de comunicar el procesador con el resto de los periféricos. (los controladores de disco, puertos de entrada y salida, como USB, etc.) .
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
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
Los microprocesadores generalmente aparecen a la venta empaquetados, para proteger el elemento de silicio (el microprocesador en sí) de la interferencia eléctrica y el daño por exposición al medio ambiente, este empaquetado suele tener forma de paralelogramo o prisma e incluye superficies o postes conductores para permitir el paso de alimentación eléctrica y de señales eléctricas desde y hacia el microprocesador. Este empaquetado comúnmente se instala sobre un elemento llamado zócalo (en inglés, socket) que sirve a la vez de anclaje e interfaz de comunicación entre el microprocesador y el resto del ordenador (por ejemplo, comunicando con el chipset). En algunas arquitecturas el microprocesador puede soldarse directamente a la placa madre (motherboard). También existen arquitecturas donde se adoptó el formato de cartucho, sin embargo éste formato es más bien raro en la actualidad, prefiriendo la industria disponer de microprocesadores como módulos independientes conectables (y también desconectables) en un zócalo especial.
En las arquitecturas modernas la disipación de calor es un problema mayor, debido a la alta frecuencia de operación y a la miniaturización extrema de los microprocesadores recientes, y por eso es común que, en ordenadores como los compatibles con la IBM PC, las motherboards dispongan de un zócalo especial para alojar el microprocesador y un sistema de enfriamiento, que comúnmente es consiste en un disipador de aluminio con un ventilador adosado (conocido como microcooler). Sin esta protección, los microprocesadores podrían sobrecalentarse al punto de estropearse permanentemente. Los microprocesadores actuales, en su gran mayoría, incluyen mecanismos automáticos que miden la temperatura y eventualmente apagan el procesador en caso de detectar sobrecalentamiento (también pueden incluir alarmas sonoras previas). Esto sirve para protegerlo de fallos, por ejemplo, si el ventilador se descompone o atasca. Equipos modernos también suelen incluir sensores en el microcooler (ventilador) que chequean continuamente su velocidad (rpm), en caso de que ella baje peligrosamente el equipo se apaga automáticamente.
Desde el punto de vista lógico y funcional, el microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros; una Unidad de control, una Unidad aritmético-lógica; y dependiendo del procesador, puede contener una unidad en coma flotante.
Funcionamiento
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 de 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.
Velocidad y ancho de banda
Actualmente se habla de frecuencias de Gigahercios (GHz.), o de Megahercios (MHz.). Lo que supone miles de millones o millones, respectivamente, de ciclos por segundo. El indicador de la frecuencia de un microprocesador es un buen referente de la velocidad de proceso del mismo, pero no el único. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabo una tarea concreta, así como el ancho de banda ó cantidad de instrucciones ejecutadas por ciclo ICP, son los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible, mientras que el índice ICP depende de varios factores, como el grado de supersegmentación y la cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles, entre otros. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones.
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 gráficas, 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 de Intel, 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 que el microprocesador delega en ellos. 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 chipsen tiene 2 campos que son:
chipse del norte. procesador y ram ( grande )
chipse del sur. trabaja con los perifericos externos ( pequeño)
chipse central,trabaja todos las coneccines del sistema
Chipsets
El chipset es un conjunto de circuitos integrados diseñado para trabajar conjuntamente y generalmente vendido como un único producto. En el mundo de los computadores personales se disponían muchos circuitos integrados como apoyo al microprocesador tales como el controlador de interrupciones, controlador de acceso directo a memoria, controlador de reloj, etc. Para reducir el número de circuitos se fueron creando circuitos más complejos que incluían multiples funcionalidades en su interior. Esos circuitos son los que actualmente se denominan chipset del computador y son responsables en una medida importante del rendimiento global del mismo.
Se ha comparado al Chipset con la "médula espinal": "una persona puede tener un buen cerebro, pero si la médula falla, todo el cuerpo no sirve para nada".
Las computadoras personales actuales tienen chipset formado por 2 circuitos auxiliares al procesador principal:
El puente norte que se utiliza como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria, controlando los accesos hacia y desde el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico y las comunicaciones con el puente sur.
El puente sur que controla los dispositivos asociados, es decir se encarga de comunicar el procesador con el resto de los periféricos. (los controladores de disco, puertos de entrada y salida, como USB, etc.) .
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
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
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