microprocesador ::::

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MICROPROCESADOR PROF. ERNESTO VELÁSQUEZ ALARCÓN

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Page 1: Microprocesador ::::

MICROPROCESADOR

PROF. ERNESTO VELÁSQUEZ ALARCÓN

Page 2: Microprocesador ::::

Arquitectura RISC vs CISC

Arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer).

Plantea un conjunto reducido de instrucciones, buscando reducir el número de ciclos de reloj de ejecución por cada una de ellas, haciéndolas simples y evitando instrucciones complejas. Se descarga la responsabilidad de construir programas eficientes al software, al compilador.

Ejm. Procesadores Alpha, el Power PC (Motorola/IBM)

Arquitectura CISC (Complex Instruction Set Computer).

Basado en un amplio repertorio de instrucciones. Se aumenta la potencia del microprocesador a costa de aumentar el tamaño de las instrucciones, y por tanto el número de ciclos de reloj que precisan para ejecutarse. Eso sí, los programas verán reducido el número de instrucciones máquina que precisan para ser ejecutados por el microprocesador.

Ejm. Los procesadores de Intel y AMD son puramente CISC

Page 3: Microprocesador ::::

CPU

MEMORIAROM

(Programa)

MEMORIARAM

(Datos)

Entrada /Salida

ALIMENTACIÓN

RELOJ

DIRECCIONES

DATOS

CONTROL

EXTERIOR

8163264

16 = 64K20 = 1M24 = 16M32 = 4G

ARQUITECTURA VON-NEUMANN

(P CISC “Complex Instruction Set Computer”)

BUSES

CLKInterrupcionesRESETDMAR / W

MAPA DEMEMORIA

MAPA E/S

Page 4: Microprocesador ::::

MEMORIAROM

(Programa)

MEMORIARAM

(Datos)

Entrada /SalidaCPU

ALIMENTACIÓN

RELOJ

DIRECCIONES

DATOS

CONTROL

EXTERIOR

ARQUITECTURA HARVARD

(P RISC “Reduced Instruction Set Computer”)

BUSES

14BUS DATOS PROGRAMA

Muy pocas instrucciones: p.e. 64

6 bits 8 bits

INSTRUCCIÓN DATO INMEDIATO

Page 5: Microprocesador ::::

¿Qué es un microprocesador?Un microprocesador o CPU es el componente de un ordenador encargado de procesar los datos de entrada y salida. El tipo y la velocidad del microprocesador son uno de los factores más importantes del comportamiento global del ordenador.

Partes internas del MicroprocesadorEl encapsulado: Es el envoltorio de todo enlace del interior, mediante conectores (patillas), al zócalo de la placa base.Unidad Aritmético-Lógica (ALU): Es donde se efectúan las operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división) y lógicas.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.Registros: Los registros son celdas de memoria en donde queda almacenado un dato temporalmente.Reloj del sistema: es un circuito oscilador o cristal de cuarzo, que oscila varios millones de veces por segundo.

Page 6: Microprocesador ::::
Page 7: Microprocesador ::::

Importancia de la Memoria Caché L1 L2

Page 8: Microprocesador ::::

Caché de 1er nivel (L1): Esta caché está integrada en el núcleo del procesador, trabajando a la misma velocidad. La cantidad de memoria caché L1 varía de un procesador a otro, estando normalmente entra los 64KB y los 256KB. Se divide en dos partes, una para instrucciones y otra para datos.

Caché de 2º nivel (L2): Integrada también en el procesador, aunque no directamente en el núcleo de este, tiene las mismas ventajas que la caché L1, aunque es algo más lenta que esta. La caché L2 suele ser mayor que la caché L1, pudiendo llegar a superar los 2MB.

Page 9: Microprocesador ::::

PENTIUM IV

EVOLUCIÓN

DE LOS P

INTEL

XEÓN

ITALIUM

Page 10: Microprocesador ::::

Los Microprocesadores actuales tienen dos velocidades:

Velocidad interna. Es la velocidad de funcionamiento y procesamiento interno.

Velocidad externa. También llamada Velocidad del Bus o FSB y es la velocidad a la que se comunica el micro y la placa base. En realidad es la velocidad de funcionamiento de la placa base.

La relación entre estas dos velocidades es el Factor Multiplicador y es la cifra por la que se multiplica la velocidad externa o de la placa base (FSB) para dar la interna o del micro. Este se puede ajustar en la placa por puentes o mediante el setup de la bios.

Overcloking. Método para subir la velocidad del micro por encima de la nominal de fabricación.

Page 11: Microprocesador ::::

El Microprocesador. FSB

La velocidad del “Front Side Bus" o FSB es la velocidad a la cual la CPU se comunica con la memoria RAM y el Chipset Norte de la placa base.

El FSB está asociado al ChipSet y a la memoria RAM del sistema.

Las velocidades más habituales han sido y son las de 100, 266, 333, 400, 533, 800 y 1066 Mhz.

Page 12: Microprocesador ::::

Fabricante

Modelo

Velocidad Interna

Memoria caché L2

Velocidad Externa

Datos Técnicos del Microprocesador

Page 13: Microprocesador ::::

TECNOLOGÍAS EN MICROPROCESADORES

SMM (Administrador de Energía)

Es una tecnología creada por INTEL que consiste que los

microprocesadores creado para equipos portátiles (Laptops) tengan

un menor consumo de energía y de esa forma la batería del equipo

puede tener un mayor tiempo de funcionamiento.

Superscalar Execution (Ejecución Superescalar)

Consiste en la ejecución de múltiples instrucciones a la vez. Esta

tecnología aparece con los Microprocesadores Pentium y dispone

de un mayor rendimiento que los 486. Esta tecnología se mantiene

hasta en los nuevos diseños de CPU.

Page 14: Microprocesador ::::

TECNOLOGÍAS EN MICROPROCESADORES

Tecnología MMX

Originalmente llamado Extensión Multimedia y consiste en la

capacidad de los microprocesadores para trabajar con los datos de

Video, Audio, Imágenes. Esta tecnología aparece en la segunda

versión de CPUs Pentium llamado Pentium MMX, que contiene 57

nuevas instrucciones para trabajo multimedia. El MMX consiste en

2 partes principales de la arquitectura del Microprocesador. Una

para trabajar con los datos simples de procesamiento sin ser

perjudicados por el procesamiento MMX y otra para trabajar

exclusivamente con los datos MMX, también llamado datos SIMD

(Single Instruction, Multiple Data).

Page 15: Microprocesador ::::

SSE, SSE2, y SSE3

Es la actualización de la tecnología MMX y aparecieron en febrero

de 1999 con el microprocesador Pentium III.

El SSE incluye 70 nuevas instrucciones para trabajar con Audio y

Video, además de las instrucciones MMX tradicionales.

El SSE también para cálculos de la Unidad de Punto Flotante.

El SSE2 aparece en el año 2000 con los Microprocesadores

Pentium 4 e incluye 144 nuevas instrucciones SIMD.

El SSE3 aparece en el 2004 con los nuevos diseños Pentium 4 e

incluye 13 nuevas instrucciones SIMD para decodificación de video

y complemento matemático. El SSE ofrece alta resolución de video,

alta capacidad con software gráfico, decodificación multimedia, etc.

TECNOLOGÍAS EN MICROPROCESADORES

Page 16: Microprocesador ::::

3DNow!, Enhanced 3DNow!, y Professional 3DNow!

Fue introducida originalmente por AMD y es una tecnología alterna

a las instrucciones SSE de Intel.

Dynamic Execution (Ejecución Dinámica)

Se implemento en la sexta generación de Microprocesadores y

cosiste en la habilitación del Microprocesador para trabajar con

mayor cantidad de datos en paralelo.

Dual Independent Bus Architecture (Arquitectura DIB)

Fue implentado en la sexta generación de Microprocesador y que

que consiste el el acceso al FSB y a al canal de comunicación con

la memoria L2 al mismo tiempo y en forma independiente como si

se tratase de buses únicos.

TECNOLOGÍAS EN MICROPROCESADORES

Page 17: Microprocesador ::::

Hyper-Threading Technology (Tecnología HT)

Con esta tecnología un procesador Físico, se convierte en 2

procesadores virtuales, de esta forma un sistema hace tal

tratamiento aumentando el rendimiento del sistema de cómputo.

Fue diseñado para sistemas de Servidores, pero luego se

implemento en CPUs Pentium 4 con frecuencia de FSB de 800

MHz (2.4 GHz hasta 3.8 GHz), como también en los micros

Pentium 4 Extreme Edition y los Dual-Core Extreme Edition.

TECNOLOGÍAS EN MICROPROCESADORES

Page 18: Microprocesador ::::

La tecnología HyperTransport

Es una conexión punto a punto de alta velocidad y baja latencia,

diseñada para aumentar la velocidad de las comunicaciones entre

los circuitos integrados en computadoras, servidores, sistemas

integrados, equipos de redes y telecomunicaciones hasta en 48

veces más que los sistemas existentes.

La tecnología HyperTransport ayuda a reducir el número de buses

en un sistema, lo que puede disminuir los cuellos de botella y

posibilitar que los microprocesadores más rápidos de la actualidad

utilicen la memoria de manera más eficiente en sistemas más

sofisticados.

TECNOLOGÍAS EN MICROPROCESADORES

Page 19: Microprocesador ::::

INSTALACIÓN DE UN MICROPROCESADORLa colocación del microprocesador es una operación que si bien es muy fácil, también es muy delicada, por lo que debemos hacerla con muchísimo cuidado. Actualmente existen dos tipos diferentes de socket.

Para socket AM2

Para socket LGA775

Page 20: Microprocesador ::::

1. En primer lugar quitamos las protecciones del zócalo de la placa base y abrimos este.2. A continuación hacemos lo mismo con el microprocesador, sacándolo de su estuche y

quitando las alfombrillas de protección. Colocamos el microprocesador dentro del zócalo haciendo coincidir las muescas y cerramos en el zócalo con la palanquita que tiene, asegurando esta en su soporte.

Instalación de un Microprocesador en socket LGA775

Page 21: Microprocesador ::::

Luego de haber sido insertado en el socket se procede a colocar el disipador, cuya superficie de contacto deba de estar completamente limpia para su instalacion sobre el microprocesador

Instalación de un Microprocesador en socket LGA775

Page 22: Microprocesador ::::

Instalación de un Microprocesador en socket LGA775

En el disipador se verifica que este limpio, o si trae consigo “pasta térmica”, de no tenerlo se procederá a echar pasta térmica en el microprocesador

Disipador con Pasta Térmica Pasta Térmica en jeringas

Page 23: Microprocesador ::::

Instalación de un Microprocesador en socket LGA775

Se procede a echar la pasta térmica sobre el microprocesador.

Microprocesador con pasta térmica.

Page 24: Microprocesador ::::

Instalación de un Microprocesador en socket LGA775

Visto lo anterior, ponemos el disipador sobre el microprocesador haciendo coincidir los enganches y apretamos estos hacia abajo hasta que escuchemos un clic, que indica que ha quedado enganchado. Debemos apretar estos enganches en cruz (1 - 4 - 2 - 3) para no forzar ni el disipador ni el microprocesador.

Page 25: Microprocesador ::::

Instalación de un Microprocesador en socket LGA775

Una vez enganchado, comprobamos que ha quedado bien sujeto y conectamos el cable del ventilador en su conector, marcado en la placa base como CPU_FAN. Estos conectores pueden ser de 3 o de 4 pines, pero siempre vienen señalados los tres que debemos conectar. El cuarto es solo de control y no es imprescindible, por lo que se pueden poner tanto ventiladores con 3 pines en conectores con 4 como ventiladores con 4 pines en conectores con 3 pines.

Page 26: Microprocesador ::::

Instalación de un Microprocesador AMD en socket AM2

Los microprocesadores de AMD, de momento, siguen empleando los tradicionales pines. Este sistema ha sido el empleado por todos hasta que INTEL sacó contactos en su LGA775. Este sistema no es mejor ni peor, solo algo más delicados de manipular por la posibilidad de doblar o romper un pines.

Page 27: Microprocesador ::::

Instalación de un Microprocesador AMD en socket AM2

Colocado el microprocesador, procedemos a la colocación del disipador. Los disipadores para AM2 y 939 tienen un enganche bastante robusto, con una palanca de fijación.

Page 28: Microprocesador ::::

Instalación del disipador sobre el P AMD

Dos disipadores para zócalos del tipo anterior, en los que los

enganches del disipador están en el propio zócalo. Podemos

observar la muesca para ayudarnos con el destornillador.

Page 29: Microprocesador ::::

Instalación del disipador sobre el P AMD

Dos disipadores para zócalos del tipo anterior, en los que los enganches

del disipador están en el propio zócalo. Podemos observar la muesca

para ayudarnos con el destornillador.

Page 30: Microprocesador ::::

Refrigeración de Microprocesadores

Sistemas de refrigeración.

Disipadores.

Control de la velocidad del ventilador.

La pasta térmica.

Page 31: Microprocesador ::::

Sistemas de refrigeración

El componente que más potencia disipa y que, por tanto, necesita mejor

refrigeración es el microprocesador. El aumento de la frecuencia de

funcionamiento y del número de núcleos de los procesadores modernos

conlleva un aumento de potencia y de calor producido, agravado en los casos

de aumento del voltaje que se les suministra con fines de overclocking. Para

conseguir evacuar una cantidad tan grande de calor concentrado en un solo

chip se utilizan diversos métodos dependiendo de las necesidades de cada caso

en particular: refrigeración por aire, líquida, por cambio de fase...

Page 32: Microprocesador ::::

Disipadores

Los disipadores de calor pueden ser pasivos, compuestos por un bloque de cobre o aluminio en contacto con la cápsula del microprocesador para recibir el calor que éste produce y por unas aletas que aumentan la superficie de contacto del disipador con el aire y por lo tanto facilitan la transferencia del calor absorbido por el disipador hacia el aire circundante. Este tipo de radiador sin ventilador es totalmente silencioso, pero en ciertas ocasiones, resulta inutilizable porque se requerirían unas dimensiones excesivas de las aletas para conseguir disipar la gran cantidad de calor producido.

Cuando se necesita aumentar la capacidad de evacuación de calor de un disipador, la solución más utilizada es el acoplamiento de un ventilador que produzca una circulación de aire por los espacios entre las aletas lo suficientemente rápida como para aumentar la transmisión de calor al aire. A mayor caudal de aire producido por el ventilador, menor temperatura del microprocesador pero también mayor nivel de ruido producido.

Page 33: Microprocesador ::::

Modelos de Disipadores para Pentium II y III

Page 34: Microprocesador ::::

El zócalo del Microprocesador

Al elegir el disipador para un microprocesador, hay que tener en cuenta que el tipo de anclaje del disipador a la placa base depende del zócalo del microprocesador, de los que existen varios tipos actualmente, como:

El socket 775 que utilizan los Pentium 4.

Los socket 754, 939, 940 y AM2 que emplean los Athlon 64.

El socket 771 que usan los Xeon.

Los socket F y M2  para los Opteron.

El socket S1 de los Athlon 64 Mobile.

El PAC418 de los Itanium.

El PAC611 de los Itanium 2.

Page 35: Microprocesador ::::

Control de la velocidad del ventilador

Como la potencia disipada por el microprocesador varía según las

tareas que realiza, puede reducirse el ruido que produce el

ventilador cuando el ordenador no realiza cálculos intensivos

disminuyendo la velocidad de giro del ventilador, lo que puede

conseguirse variando la tensión de alimentación o mediante el

control PWM, que consiste en enviarle una señal de control capaz

de hacer variar su velocidad a través de un cable colocado al

efecto, con lo cual, los ventiladores que aceptan control PWM

disponen de cuatro cables: dos para su alimentación con corriente

continua, un tercero por el que emiten una señal tacométrica y el

cuarto cable por el que reciben la señal PWM de control de la

velocidad de rotación.

Page 36: Microprocesador ::::

La pasta térmica

La transmisión del calor desde la cápsula del microprocesador a

la base del disipador se realiza por contacto directo, por lo que

cuanto más perfecto sea dicho contacto, mayor será la

transmisión de calor. Si las superficies de la cápsula y la base

del disipador fueran perfectamente planas, la transmisión de

calor sería casi perfecta, pero como en la práctica el acabado de

esas superficies dista mucho de ser perfecto, se utilizan pastas

termoconductoras para rellenar los posibles huecos que

separan dichas superficies y mejorar de esta forma la

transmisión del calor. 

Page 37: Microprocesador ::::

Dispositivos refrigerantes para p INTEL y AMD

Page 38: Microprocesador ::::

Temperatura de algunos procesadores INTEL y AMD

1.30Ghz - 48.9W - 69ºC - 34ºC 1.40Ghz - 51.8W - 70ºC - 35ºC 1.50Ghz - 54.7W - 72ºC - 36ºC 1.75V: 1.30GHz - 51.6W - 70ºC - 35ºC 1.40GHz - 54.7W - 72ºC - 35ºC 1.50GHz - 57.8W - 73ºC - 35ºC 1.60GHz - 61.0W - 75ºC - 40ºC 1.70GHz - 64.0W - 76ºC - 40ºC 1.80GHz - 66.7W - 78ºC - 40ºC 1.90GHz - 69.2W - 73ºC - 35ºC 2.00GHz - 71.8W - 74ºC - 35ºCLGA 7753.20Ghz - 84W - 67.7ºC - 35ºC 3.40Ghz - 115W - 72.8ºC - 36ºC 3.60Ghz - 115W - 72.8ºC - 36ºC 3.80Ghz - 115W - 72.8ºC - 36ºC

900Mhz - 51.0W - 90ºC - 45ºC 950Mhz - 53.1W - 90ºC - 45ºC 1000Mhz - 55.1W - 90ºC - 45ºC 1100Mhz - 60.3W - 90ºC - 45ºC 1133Mhz - 62.1W - 90ºC - 45ºC 1200Mhz - 65.7W - 95ºC - 50ºC 1266Mhz - 66.9W - 95ºC - 50ºC 1300Mhz - 68.3W - 95ºC - 50ºC 1333Mhz - 69.8W - 95ºC - 50ºC 1400Mhz - 72.1W - 95ºC - 50ºCAHTLON 643000+ - 89W - 70ºC - 35ºC 3200+ - 89W - 70ºC - 35ºC 3400+ - 89W - 70ºC - 35ºC 3500+ - 89W - 70ºC - 35ºC 3700+ - 89W - 70ºC - 35ºC 3800+ - 89W - 70ºC - 35ºC 4000+ - 89W - 70ºC - 35ºC

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FIN

Prof. Ernesto Velásquez Alarcón