EL MICROPROCESADOR

ÍNDICE• Introducción• Estructura Von Neumann• Arquitectura• Reloj• Memoria caché• Núcleo o core• Unidad de coma flotante• Zócalos del microprocesador• Interrupciones• Averías del microprocesador• Fabricación de un microprocesador• Montaje y desmontaje del microprocesador

Introducción

• El microprocesador o CPU (Central Process Unit) se podrían comparar sus funciones con las de un director y su orquesta. Como director, obtendría las partituras (las instrucciones de un programa). Como orquesta, interpretaría y ejecutaría dichas partituras (en nuestro caso, la interpretación y ejecución de las instrucciones del programa).

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Estructura Von Neumann• La estructura de Von Neumann es la estructura

básica de los ordenadores y consta de las siguientes partes: CPU (Central Process Unit), memoria principal y unidades de entrada y salida.

• La CPU ejecuta las instrucciones del programa de manera secuencial. Las instrucciones son las órdenes que se dan para realizar una operación, y son presentadas con números binarios. Todas las instrucciones que pueden ser interpretadas por el ordenador se conocen como código de máquina o lenguaje de máquina.

• La CPU está formada su vez por:

- La UC (Unidad de Control)- La ALU (Unidad Aritmético Lógica)- Los registros- Los buses internos

La Unidad de Control

• La unidad de control tiene dos funciones:– Se encarga de decodificar los códigos de

operación.– Se encarga de temporizar las operaciones

necesarias para ejecutar las instrucciones y controla el secuenciamiento de las instrucciones en función de la evolución del registro contador de programa.

• Hay dos tipos de unidades de control:- Unidad de control cableada: Esta formada

por flip-flops, puertas lógicas, codificadores, decodificadores, contadores, etc. Utiliza una arquitectura de tipo RISC (que veremos más adelante).

- Unidad de control microprogramada: Es más lenta que la unidad de control cableada pero permite utilizar instrucciones más potentes y flexibles. Su principal ventaja es la simplicidad de su estructura.

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La Unidad Aritmético Lógica• Se encarga de realizar un conjunto de

operaciones aritméticas básicas (sumas, restas, multiplicaciones, divisiones) y operaciones lógicas (OR, NOT, AND, etc)

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Los registros• Los registros son memorias de poca capacidad y alta

velocidad que permite guardar transitoriamente y acceder a valores muy usados (sobretodo operaciones matemáticas). Cuantos más registros contenga el microprocesador, menos tiene que acudir este a la memoria principal.

• El contador de programa es un registro del microprocesador de un computador que indica la posición donde está el procesador en su secuencia de instrucciones

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Los buses internos

• Es el conjunto de pistas que comunican todos los elementos de la CPU.

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Esquema modelo Von Neuman

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Arquitectura

• Las instrucciones que más se utilizan son las instrucciones de registros por lo que los fabricantes diseñan las arquitecturas del microprocesador según se administren los registros.

• Según lo anterior se pueden diferenciar dos arquitecturas:

- La arquitectura CISC- La arquitectura RISC

Arquitectura CISC• CISC (Complex Instruction Set Code): En este tipo

de arquitectura se utilizan instrucciones muy complejas por lo que el microprocesador tiene que realizar varios accesos a la memoria. Para la ejecución de las instrucciones se necesitan varios ciclos de reloj, lo que hace que sea más lento el ordenador.

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Arquitectura RISC• RISC (Reduced Instruction Set Code): Este tipo de

aruitectura es el que actualmente se utiliza en los microprocesdore. En este tipo de arquitectura se utilizan instrucciones más sencillas que se pueden realizar en un solo ciclo de reloj.

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Reloj• Cada vez que al microprocesador le llega un

impulso de reloj, este ejecuta las órdenes de cada momento. Esto sirve para que las órdenes se ejecuten de manera ordenada. L frecuencia del reloj se mide en Hertzios (Hz).

• Por ejemplo el Intel core i7 tiene una velocidad de reloj de 3,33 GHz.

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Memoria caché

• La memoria caché es un memoria volátil de gran velocidad en la que se almacenan una serie de datos para su rápido acceso.

• Su función es la de almacenar instrucciones y datos a los que el microprocesador esta continuamente accediendo. Par que el microprocesador tenga un buen rendimiento tiene que haber un acceso rápido y fluido.

• Existen tres tipos de memoria caché:- La memoria caché interna- La memoria caché externa- La memoria caché de tercer nivel

Memoria caché interna• Memoria cache interna (también denominada

primaria, de primer nivel o L1): Esta memoria está situada dentro del microprocesador y contiene los datos que más utiliza el microprocesador. Estas memorias están diseñadas para eliminar el tiempo que se perdía en los accesos al exterior.

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Memoria caché externa

• Memoria cache externa (también denominada de segundo nivel o L2): Esta memoria esta diseñada para evitar el acceso a las memorias RAM que son más lentas.

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Memoria caché de tercer nivel• Memoria cache de tercer nivel (también

denominada L3): Esta memoria es muy poco utilizada en la actualidad. Es una memoria más lenta que la memoria cache interna y la memoria cache externa pero sigue siendo más rápida que la memoria RAM.

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Núcleo o core

• El núcleo es la parte más importante del microprocesador. El microprocesador esta formado por la ALU, la UC, los registros y los buses internos.

• Intel desarrollo la tecnología HyperThredind que se trata básicamente de simular dos microprocesadores lógicos dentro de un solo microprocesador físico, ejecutando varios subprocesos en paralelo.

• En la actualidad existe el microprocesador core i7 que incluye 4 núcleos más 4 threads o núcleos virtuales.

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Unidad de coma flotante• La unidad de coma flotante se encarga de realizar

operaciones aritméticas en coma flotante (desplaza la coma a cualquier posición de un número). Mientras la unidad de coma flotante esta trabajando, la ALU queda libre para realizar otras operaciones

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Zócalos del microprocesador

• La principal función de los zócalos es el de conectar los microprocesadores.

• Existen dos tipos de zócalos para el microprocesador:

- Socket- Slot

Socket• Este tipo de zócalo es cuadrado con pequeños

orificios donde se conecta el microprocesador. El zócalo de tipo socket es el más utilizado actualmente.

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Slot• Este tipo de zócalo tiene forma de ranura

alargada. Algunos ejemplos de microprocesadores que se conectan son el Pentium II y el Pentium III.

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Interrupciones

• Las interrupciones paran la tarea que esté realizando el microprocesador para poder ocuparse de otra tarea más importante y después volver a la que se estaba realizando anteriormente.

• Existen tres tipos de interrupciones: - Interrupciones de hardware- Interrupciones de software- Interrupciones trampa

Interrupciones de hardware

• Este tipo de interrupciones es producido por causas externas al microprocesador, están producidas por dispositivos hardware.

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Interrupciones de software• Estas interrupciones están producidas por la

ejecución de operaciones no permitidas, el desbordamiento, el acceso a una posición de memoria no permitida, etc.

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Interrupciones trampa

• Son iguales que las interrupciones de software pero estas son provocadas por fallos del programador y las interrupciones de software son producidas por un fallo al programar.

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Averías del microprocesador

• Las principales causas para que un microprocesador se averíe son que la frecuencia de trabajo no es adecuada o la falta de ventilación, pero puede haber más causas:– El ordenador no arranca y el microprocesador se

calienta:Esto puede suceder por varias razones que el microprocesador necesite 3,3V pero este alimentado a 5V, porque falle la placa base o el zócalo o porque no este bien insertado el microprocesador en el zócalo.

– El ordenador no arranca y el micro no se calienta:Esto sucede por lo contrario que la anterior avería, o sea, que el microprocesador necesite 5V pero este alimentado a 3,3V.– El ordenador se bloquea:

Esto sucede porque el microprocesador este trabajando a una frecuencia inadecuada.

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Fabricación de un microprocesador

• http://www.youtube.com/watch?v=LzCuW39Tna8

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Montaje y desmontaje del microprocesador

• http://www.youtube.com/watch?v=zL3FVkWlOVM&NR=1

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