Presentacin de PowerPoint

Microprocesadores

Arquitectura de Computadoras1ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS 1Arquitectura de Computadoras25. Caractersticas principales

Memoria Cach

Intel Pentium II Cach L2 junto al procesador pero en chips distintos (interna) Intel Core i (4 ncleos) Cachs L1 y L2 integradas en cada ncleo y cach L3 integrada en el procesador y compartida por todos los ncleos

2Arquitectura de Computadoras3 Velocidad interna del procesador Se trata de la frecuencia de reloj interna a la que trabaja el microprocesador. En general, cuanto mayor sea la velocidad del procesador mayor nmero de operaciones por unidad de tiempo realiza mayor rendimiento.

El inverso de la frecuencia es el perodo del reloj3Arquitectura de Computadoras4 Sin embargo, un procesador de 2Ghz no es el doble de rpido que uno a 1Ghz puesto que el rendimiento global va a depender tambin del resto de caractersticas que estamos viendo.

Puede ocurrir que un procesador simple a 3.0Ghz (Pentium 4 por ejemplo) sea ms lento que uno ms complejo y moderno a 2.4 Ghz (Core 2 Duo).Arquitectura de Computadoras5 Velocidad del Bus Principal o Velocidad Externa Es la frecuencia de reloj a la que viajan los datos por el bus principal (FSB, QPI o HT). Dado que el micro internamente funciona a una frecuencia y la placa a otra, se necesita de un multiplicador que ajuste/adapte la diferencia de velocidad entre ambos. Lgicamente, para aumentar el rendimiento del procesador interesa que la velocidad del bus principal sea lo ms alta posible.Arquitectura de Computadoras6 Imagine una placa base para procesadores Pentium II y III que soporta las siguientes velocidades para el bus principal FSB: 100 y 133 MHz. Si sobre esta placa colocamos un micro Pentium III a 450 MHz y queremos que el FSB funcionara a 100 MHz, con qu valor deberemos configurar el multiplicador? Considerando la placa anterior, si colocamos un micro Pentium III a 600 MHz y queremos que el FSB funcione ahora a 133 MHz, con qu valor deberemos configurar el multiplicador?Arquitectura de Computadoras7 Un Pentium D a 3,6 Ghz utiliza un multiplicador de 4.5x, cul ser la frecuencia a la que trabajar el FSB?

A qu frecuencia funciona un AMD Athlon que utiliza un multiplicador de 7.5x y un bus de 100 Mhz?Arquitectura de Computadoras8 Densidad de integracin

Indica la separacin que hay entre los transistores que forman el microprocesador.

Tambin se conoce como tecnologa de fabricacin y se mide en micras/micrmetros (mn) o nanmetros (nm).

Mayor densidad de integracin mayor nmero de componentes mayor rendimiento.Arquitectura de Computadoras96. Otras caractersticas

DEBER:

Virtualizacin por Hardware

Emular, mediante mquinas virtuales, los componentes de hardware. De esta manera el sistema operativo no se ejecuta sobre el hardware real sino sobre el virtual.

Emular, mediante mquinas virtuales, los componentes de hardware. De esta manera el sistema operativo no se ejecuta sobre el hardware real sino sobre el virtual.

9Arquitectura de Computadoras107. Funcionamiento

Una instruccin no es ms que un cdigo binario que la CPU puede entender.

Programa = conjunto de instrucciones.

Ejecucin de un programa = ejecucin secuencial de cada una de sus instrucciones.

Cmo se ejecuta una instruccin?10Arquitectura de Computadoras11 Todos los procesadores trabajan con un conjunto de instrucciones concreto.

Se dice que dos procesadores son compatibles si comprenden las mismas instrucciones.

As, todos los procesadores de la familia del PC son compatibles por lo que pueden ejecutar las mismas instrucciones y, en consecuencia, los mismos programas.11Arquitectura de Computadoras12 Independientemente del PC que tengamos podemos ejecutar cualquier sistema operativo Windows/Linux y cualquier programa, por qu?

Los Macintosh de Apple siempre han sido incompatibles con los PC porque utilizaban otros procesadores que funcionaban con un conjunto de instrucciones distintas

A este conjunto de instrucciones que inicialmente utilizaron los PC se le llam x86.12Arquitectura de Computadoras13DEBER:

Siguen siendo incompatibles los procesadores de los MAC actuales y los PC? Por qu?

Es posible instalar Windows en un Mac? Y Mac OSX en un PC?

Era posible antes?13Arquitectura de Computadoras14 El conjunto de instrucciones x86 apareci con el procesador Intel 8086 a finales de los aos 70. El Intel 80386 ampli este conjunto de instrucciones para trabajar con registros de 32 bits. Por ello tambin nos referimos a este conjunto de instrucciones como x86-32 o IA-32 (Intel Arquitecture 32-bit) para diferenciarlo del conjunto original x86-16 as como de su posterior adaptacin a mquinas de 64 bits (x86-64, x64, EM64T, etc).14Arquitectura de Computadoras15 Cada nueva generacin de procesadores ha ampliado este conjunto de instrucciones inicial con nuevas instrucciones con dos fines principales:

Permitir realizar nuevas tareas a la CPU. Los computadores actuales ejecutan muchos programas que en aquella poca no existan.

Mejorar la eficiencia en la ejecucin de las instrucciones15Arquitectura de Computadoras16 Muchas veces se ve que un programa tiene como requisito para poder ejecutarse una CPU mnima.

En ocasiones, este requisito puede atender a razones de velocidad pero tambin puede ser debido a que necesita que el procesador soporte unas instrucciones determinadas que se introdujeron con dicha CPU.16Arquitectura de Computadoras17 Algunas de las instrucciones que han ampliado el conjunto x86 son las siguientes:

IA-32 (Intel Arquitecture 32-bit)Extensin del conjunto x86 para trabajar en procesadores de 32 bits.

MMX (MultiMedia eXtension)- Introducidas por el Pentium MMX en 1997. Eran un conjunto de nuevas instrucciones y registros para realizar operaciones con enteros de forma ms eficiente en aplicaciones ricas en grficos.El trmino multimedia se utiliza para referirse a cualquier objeto o sistema que utiliza mltiples medios de expresin fsicos o digitales para presentar o comunicar informacin. Los medios pueden ser variados, desde texto e imgenes, hasta animacin, sonido, video, etc. 17Arquitectura de Computadoras18 3DNow! Fue la respuesta de AMD a las instrucciones MMX de Intel. Aparecieron con el AMD K6-2 en 1998 con el fin de mejorar la ejecucin en aplicaciones 3D. SSE (Streaming SIMD Extensions) o MMX2 Aparecieron con el Pentium III en 1999 para mejorar a las anteriores MMX en dos aspectos: trabajan con nmeros en coma flotante y pueden emplearse simultneamente con el uso de la FPU. SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4, SSE5, AVX, CVT16... Sucesivas versiones que mejoran las instrucciones SSE para manejo de grficos.

18Arquitectura de Computadoras19 X86-64 o AMD64 Extensin del conjunto x86 para trabajar en procesadores de 64bits. Fueron creadas por AMD e implementadas por primera vez en su procesador Opteron en 2003.

IA-32e, EM64T o Intel64 Nombres que dio Intel a su extensin del conjunto x86 para trabajar en procesadores de 64bits. Hay que distinguirlas del conjunto IA64 que Intel implement en sus procesadores para servidores Itanium, las cuales son incompatibles con las instrucciones x86.

19Arquitectura de Computadoras208. Tipos de instrucciones

Hasta 2006, los computadores de Apple utilizaban unos procesadores que los hacan incompatibles con los PC. Se trataba de procesadores Motorola y PowerPC.

El motivo de esta incompatibilidad radica en que dichos procesadores ejecutan un conjunto de instrucciones distinto al conjunto de instrucciones soportado por los procesadores Intel o AMD (recuerde x86).

20Arquitectura de Computadoras21 Se trataba de dos filosofas de diseo de microprocesadores distintas:

CISC (Complex Instruction Set Computer), es decir, utilizar un conjunto de instrucciones formado por pocas instrucciones pero complejas (Intel, AMD).

RISC (Reduced Instruction Set Computer), o lo que es lo mismo, muchas instrucciones pero simples (Apple, Motorola, IBM, PowerPC).

21Arquitectura de Computadoras22 Niveles de lenguajes de programacin

Lenguaje de alto nivel

Lenguaje ensamblador

Lenguaje mquina

Conjunto de instrucciones de un microprocesador

22Arquitectura de Computadoras23 CISC

Objetivo: Reducir el nmero de lneas de cdigo ensamblador de los programas.

Instrucciones ms complejas requieren ms tiempo de ejecucin (varios ciclos de reloj)

El conjunto original de instrucciones x86 (Intel/AMD) era de tipo CISC.

23Arquitectura de Computadoras24 RISC

Objetivo: Utilizar instrucciones ms sencillas que se ejecuten ms rpidamente que las CISC.

Estructura de procesador ms simple reduccin de la superficie del circuito integrado.

Programas en ensamblador ms largos y voluminosos.

Apple, IBM y Motorola.

24Arquitectura de Computadoras25 Qu es mejor CISC o RISC?

Estudios de prestaciones de ambas tecnologas muestran que los RISC obtienen mejores prestaciones (ms potentes y rpidos) que los CISC.

Realmente, las diferencias son cada vez menores entre las arquitecturas CISC y RISC.

Las CPU modernas de Intel y AMD se basan en una combinacin de instrucciones CISC y RISC.

25Arquitectura de Computadoras26 Estos procesadores traducen las largas instrucciones CISC de la arquitectura x86 a operaciones sencillas de longitud fija que se ejecutan en un ncleo de estilo RISC.

El objetivo es obtener las ventajas de ambas tecnologas: mantener la compatibilidad con las instrucciones CISC x86 consiguiendo las prestaciones de ejecucin de instrucciones RISC.

26Arquitectura de Computadoras279. Evolucin

27Arquitectura de Computadoras289. Evolucin

28Arquitectura de Computadoras29 Cambios introducidos en las tres primeras generaciones 80386, primer procesador de 32 bits Unidad de Gestin de Memoria (MMU) Aparece la memoria cach y la FPU

29Arquitectura de Computadoras30 Cambios introducidos en la quinta generacin (Pentium) Superescalaridad: se replican las unidades funcionales del procesador para poder ejecutar varias instrucciones simultneamente.

30Arquitectura de Computadoras31 Cambios introducidos en la sexta generacin (Pentium Pro, II, III, AMD K6) La cach de segundo nivel pasa a estar en el interior del procesador.

31Arquitectura de Computadoras32 Cambios introducidos en la sptima generacin(Pentium 4, AMD Athlon) Primeros procesadores de 64 bits (AMD Athlon 64, Pentium 4) Primeros procesadores multincleo (Pentium D, AMD Athlon 64 x2)

Aumento del nmero de ncleos (4, 6, 8, ) Integracin de cachs en el procesador (L1, L2 y L3) Integracin del controlador de memoria (IMC) para conectar de forma directa micro y RAM, integracin del procesador grfico

32Arquitectura de Computadoras3310. Paralelismo

Algunas tcnicas relacionadas con el paralelismo: Multitarea (Multitask): habilidad del procesador para dar la apariencia de estar realizando varias tareas a la vez. Multihilo (Multithreading): dividir el trabajo de un programa (proceso) en varios subtrabajos que pueden correr en procesadores distintos. Multincleo (Multicore): procesadores que contienen dos o ms ncleos. Permite ejecutar un hilo por ncleo.

33Arquitectura de Computadoras34 El Hyperthreading (HT) de Intel es un ejemplo de tecnologa multithreading.- Mejora el rendimiento global del computador haciendo que un nico microprocesador fsico emule a dos microprocesadores lgicos.- Para poder utilizar esta tecnologa el sistema operativo, la placa base, el chipset y la BIOS deben soportar HT.- Adems, es necesario que las aplicaciones estn programadas de forma que sean divisibles en varios hilos.

34Arquitectura de Computadoras3511. Refrigeracin

Todo componente electrnico al paso de corriente elctrica genera calor. Dicho calor puede hacer que el dispositivo electrnico sea inestable y produzca errores en su funcionamiento. Por tanto, es importantsimo disipar el calor queproducen los elementos de un computador. Adems: A mayor voltaje ms calor A mayor velocidad de trabajo (frecuencia) ms calor

35Arquitectura de Computadoras36 Tipos de refrigeracin

Pasiva por aire disipadores

El objetivo del disipador es incrementar la superficie de contacto con el aire para maximizar el calor que ste es capaz de retirar. Cuantas ms aletas y ms delgadas ms calor disipar.

Activa por aire disipador + ventilador

Mejora la eficacia de la anterior.

36Arquitectura de Computadoras37 Refrigeracin lquida

Bsicamente se compone de un radiador, un depsito, una bomba de agua y el circuito de tubos. Ms eficaz que por aire. Menos ruidosa. Permite refrigerar todos los componentes a la vez (procesador, chipsets, grfica, disco duro y memoria) Cara, compleja y peligrosa.Arquitectura de Computadoras38

Arquitectura de Computadoras39

Arquitectura de Computadoras40 Refrigeracin por Inmersin

El computador es totalmente sumergido en un lquido de conductividad elctrica muy baja, como aceite mineral.

Arquitectura de Computadoras41 Refrigeracin porHeatpipes

Se trata de un circuito cerrado en donde un fluido se calienta en la base de contacto con el CPU, se evapora, sube por una tubera hasta el disipador, se condensa y baja como lquido a la base nuevamente. Se utilizan bastante en los diseos de placas actuales.

Arquitectura de Computadoras42

Arquitectura de Computadoras43 Otros tipos de refrigeracin

Refrigeracin por software (ahorro de energa)

Criogenia (nitrgeno lquido)

Etc.