ARQUITECTURA DE MICROPROCESADORES

ELABORADOR POR:

-Allemant M. Martin -Carrión N. Daniel

CONTENIDO:1. Introducción2. Características y Funciones de un

Microprocesador3. Partes de un Microprocesador 4. Diferencia entre arquitectura y

organización de microprocesadores5. Estructura de los

microprocesadores 1.Unidad de control2.Unidad aritmética - lógica (ALU)3.Registro

1.Tipos de Registros2.RISC3.CISC

4.Interconexión Interna de la CPU

6. Modelo de arquitectura de Microprocesadores

1.Arquitectura de los microprocesadores clásicos

2.Arquitectura Von-Newman3.Arquitectura Harvard4.Arquitectura Von – Harvard

7. Que es el multiprocesamiento ?8. Memoria Cache9. Hiperthreading10.Definición de Pipeline.11.Microprocesadores en Portátiles. 12. Las Marcas más importantes en

Microprocesadores.13. El Futuro de los

Microprocesadores . 

INTRODUCCION El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador.

Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en ,lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas  simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las  lógicas binarias y accesos a. memoria.

FUNCIONES Y CARACTERISTICAS Realizar las operaciones de cálculos, dar ordenes a los

componentes para que funcionen.

La principal característica de los microprocesadores es la VELOCIDAD y LA POTENCIA. Los microprocesadores actuales tienen velocidades aprox. de 3 GHz/s. (3.000 millones de operaciones por segundo).Millones de instrucciones por segundo o MIPS (del inglés millions of instructions per second) es una forma de medir la Potencia de los microprocesadores. 

Funciones

Realizar las operaciones de

cálculo.

Dar órdenes a los componentes

para que funcionen.

DIFERENCIA ENTRE ARQUITECTURAY ORGANIZACIÓN DE MICROPROCESADORES

La arquitectura se refiere a los atributos de un sistema que son visibles a un programador, es decir aquellos que tienen un impacto directo en la ejecución lógica de un programa.

La organización se refiere a las unidades funcionales y sus interconexiones.

Estructura de los microprocesadores Encapsulado : es lo que rodea a la oblea de silicio en sí,

para darle consistencia, impedir su deterioro y permitir el enlace con los conectores externos. 

Memoria caché : son dos memoria ultra rápidas que almacenan ciertos bloques de datos que posiblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM. Las caches del micro se encuentran en dos niveles: L1 y L2 

Unidad aritmética -lógica(ALU): es la parte inteligente del chip, y realiza todas las funciones de suma, resta, multiplicación o división. También sabe leer comandos lógicos, como OR. AND o NOT. Los mensajes de la unidad de control le dicen a la ALU que debe hacer. 

Interconexión interna de la CPU: Son mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de control, ALU y registros.

Coprocesador matemático : Es el FPU (Floating Point Unit - Unidad de como flotante) la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemático 

Unidad de control : Regula el proceso enteros de cada operación, crea señales que controlan a la ALU y los Registros. La unidad de control dice qué hacer con los datos y en qué lugar guardarlos.  

Registros : Son pequeñas memorias en donde se almacenan los resultados de las operaciones realizadas por la ALU por un corto periodo de tiempo. 

Tipos de Registros:1.RISC

2.CISCCISC (Complex Instruction Set Computer) Computadoras con un conjunto de instrucciones complejas.

RISC (Reduced Instruction Set Computer) Computadoras con un conjunto de Instrucciones Reducidas.La arquitectura RISC a diferencia de los CISC tiene un set de instrucciones simples requiriendo unos pocos ciclos de ejecución.

La arquitectura CISC se refiere a los microprocesadores Tradicionales que operan con grupos grandes de Instrucciones.

Una característica importante de este modelo es que tanto los datos como los programas, se almacenan en la memoria antes de ser utilizados.

Arquitectura de los microprocesadores clásicos

Arquitectura Von-Newmann

Virtualmente la mayoría de las computadoras se han diseñado basándose en este concepto.

Tal diseño se conoce como Arquitectura de Von Newmann

• Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura - escritura.

Desventaja de la Arquitectura Von-NewmannLa desventaja es que el bus de datos y direcciones único se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información a la memoria, obligando a que todos los accesos a esta, sean secuenciales.

Limitando el grado de paralelismo (acciones que se pueden realizar al mismo tiempo) y por lo tanto, el desempeño de la computadora. Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman.

Arquitectura HarvardSurgió en la universidad del mismo nombre, poco después de que la Von Newman apareciera en Princeton. Igualmente el programa se almacena como código numérico en la memoria, pero no en el mismo espacio de memoria ni en el mismo formato que los datos.

Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en doce bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en 8 bits en una memoria aparte.

El hecho de tener un bus separado para el programa y otro para los datos permite que se lea el código de operación de una instrucción, al mismo tiempo que se lee de la memoria de datos los operados de la instrucción previa.

Arquitectura Von – Harvard

Así se evita el problema del cuello de botella de Von Newman y se obtiene un mejor desempeño.

Actualmente la mayoría de los procesadores funcionan de manera similar a la arquitectura Von Newman, con un banco de memoria masivo único, pero internamente incluyen varios niveles de memoria cache con bancos separados en cache de programa y cache de datos, buscando un mejor desempeño sin perder la versatilidad.

Multiprocesamiento Es el uso de dos o mas procesadores (CPU) en una

computadora para la ejecución de uno o varios procesos (programas corriendo).

Clasificación:

Multiprocesamiento Simétrico

Multiprocesamiento Asimétrico

BENEFICIOS DE UNA ARQUITECTURA MULTIPROCESAMIENTO.

• Alto desempeño• Tareas (procesos) en

paralelo.• Un proceso puede

dividirse en tareas paralelas.

• Mejora la confiabilidad del sistema

• Desempeño mejorado del sistema

• Múltiples trabajos independientes operan paralelamente

PROCESADORES MULTIPROCESAMIENTO

MEMORIA CACHEEs un almacén temporal de alta velocidad, ubicada entre el CPU y la RAM. Permite que el CPU puede trabajar a su velocidad más alta, siempre y cuando la memoria esté fabricada dentro del mismo chip del microprocesador.

El primer procesador en tener cache de nivel interno El Intel 80486.Esta memoria almacena las instrucciones y datos de RAM

susceptibles de ser empleados con mas frecuencia por el microprocesador.

HYPER THREADINGTecnología desarrollada por Intel. Ofrece al sistema operativo el doble de núcleos de los que tiene físicamente. Para ello Intel duplica ciertos bloques, en concreto algunos registros, pero sin llegar a crear un duplicado perfecto.

Los sistemas operativos y los programas verán dos núcleos donde sólo hay uno.

Esta tecnología ha tenido su apogeo con la aparición de los Intel Core. Sobretodo en los Intel Core i5 y i7.

¿Tiene AMD algo parecido?AMD implementa en sus procesadores basados en Bulldozer y Piledriver la tecnología CMT.La diferencia es que Intel sólo duplica algunos registros y AMD trata de acelerar todas las aplicaciones multinúcleo.

APLICACIONES DE PIPELINES EN INFORMÁTICA

1.Pipelines gráficos, se encuentran en la mayoría de las tarjetas gráficas.

2. Pipelines de software o tuberías, consiste en múltiples procesos ordenados de tal forma que el flujo de salida de un proceso alimenta la entrada del siguiente proceso. Por ejemplo, los pipelines del sistema Unix.

MICROPROCESADORES PARA PORTATILES

Los procesadores de Portátiles son los llamados mobile.

• Generan menos calor• Consumen menos • Son muy potentes.• No usan Socket para fijarse.

Entre los procesadores de Portátiles más conocidos están las marcas Intel y AMD.

TIPOS DE PROCESADORES SEGÚN LA MARCA

Las empresas INTEL y AMD fabrican la mayoría de los microprocesadores del mercado.

AUNQUE TAMBIÉN EXISTEN OTRAS MARCAS

¿INTEL O AMD?• Ambos ofrecen una gran

variedad de procesadores• Intel es mejor que AMD en

ventas• AMD es mejor que Intel en

compatibilidad, precio y mínimo consumo de energía

• Intel es líder en tecnologías y características adicionales, además de crear chipsets y tarjetas madres para sus procesadores.

• AMD supera a Intel en núcleos físicos

• Intel lleva un buen terreno en el campo de las portátiles.

• AMD supera a Intel en gráficos

Ley de Moore:“Lo mejor aún está por llegar…”En 1965, el cofundador de Intel,

Gordon Moore, tuvo una visión de futuro. Su predicción, conocida como la Ley de Moore, plantea que el número de transistores de un chip se duplica cada dos años. Esta observación sobre la integración del silicio, convertida en realidad por Intel, ha avivado la revolución tecnológica mundial.

¿QUÉ NOS DEPARA EL FUTURO EN EL CAMPO

DE LOS MICROPROCESADORES?La ley de Moore, expresa que aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un circuito integrado.

Esto, al principio, puede parecer algo sencillo, pero cuando llegamos a los 1400 millones de transistores en un microprocesador, doblar esa cifra parece una tarea imposible.

No obstante, el futuro para Intel está más o menos claro: seguir haciendo microprocesadores más pequeños y que sigan manteniendo los altos estándares que tiene Intel, como la gama Broadwell de 14 nanómetros y que veremos para finales de 2015.

LA EVOLUCIÓN SIN LÍMITES: EL FUTURO DE LAS PCIntel anuncia la creación de los primeros

microprocesadores 3D en el mundo, anuncio que reafirma la Ley de Moore.El diseño del transistor 3-D, llamado Tri-Gate, se incluye por primera vez en la línea de producción a gran escala .

Con 22 nanómetros (nm) en un chip de Intel (tomando en cuenta que un nanómetro es una millonésima de milímetro). Su nombre está aun en código y es llamado por el momento Ivy Bridge.

Mientras, AMD seguirá con las APU Fusion, con sugama Carrizo para 2016, sustituyendo a la actual Kaveri.

En cuanto al resto de compañías y nichos de mercado, es imposible predecir qué nos depara el futuro: quizás Intel caiga y alguien tome la posta, o el mercado de microprocesadores sea volcado hacia otro nicho, dejando el de los ordenadores atrás.

Quizás incluso se llegue a incumplir la Ley de Moore. La cuestión es que, si en todos estos años hemos llegado tan lejos, debe ser espectacular lo que podremos ver en el año 2050.