UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCOFACULTAD DE INGENIERAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA DE SISTEMAS

ARQUITECTURA DEL MICROPROCESADOR

PRESENTADO POR:

Jos Manuel Canaza Choque

CUSCO - 2015CONTENIDOINTRODUCCIN21.COMPONENTES PRINCIPALES42.LOS REGISTROS42.1.REGISTROS DE USO GENERAL42.2.REGISTROS DE SEGMENTO42.3.REGISTROS DE PUNTERO53.UNIDAD ARITMTICO-LGICA54.UNIDAD DE CONTROL65.EL BUS INTERNO66.EL LENGUAJE DEL PROCESADOR67.CACH68.CONTROLADOR DE MEMORIA79.CONTROLADOR PCI EXPRESS710.CONTROLADOR PCI EXPRESS7CONCLUSIONES7BIBLIOGRAFA8

INTRODUCCINEl microprocesador o simplemente procesador, es el circuito integrado central y ms complejo de una computadora.Con la aparicin de las computadoras personales y la reduccin en el costo de las mismas, el microprocesador se convirti en uno de los dispositivos electrnicos ms importantes en la historia de la electrnica.Aunque los primeros eran comparativamente simples, actualmente han alcanzado una notable complejidad. Entenderemos algunos conceptos sobre la estructura lgica, mencionando su tecnologa fsica que avanzo paralelamente con la de construccin de circuitos integrados, lo que ha significado unas dimensiones fsicas cada vez ms pequeas y un menor consumo.El microprocesador es un circuito electrnico de muy alta escala de integracin, capaz de realizar una infinidad de tareas de forma repetitiva a velocidades muy altas. Para poder utilizar todo el potencial que encierra un microprocesador, es necesario conocer y comprender su lenguaje natural.

1. COMPONENTES PRINCIPALESDe forma esquemtica podemos suponer que un procesador se compone de cinco elementos: Memoria Unidad Aritmtico-Lgica ALU ("Arithmetic and Logic Unit" ) Unidad de Control CU ("Control Unit" ) Bus interno Conexiones con el exterior

2. LOS REGISTROSPara el funcionamiento del Procesador necesita ciertas reas de almacenamiento, estos se llaman registros, y que son de dimensiones mnima, sin embargo, tienen la ventaja de su rapidez. Comparados con los accesos a RAM, los de registro son como mnimo 10 veces ms veloces.

2.1. REGISTROS DE USO GENERALExisten 4 registros denominados AX, BX, CX y DX que en realidad tienen asignados usos caractersticos, aunque pueden ser utilizados a discrecin. AX es denominado acumulador suele contener uno de los operandos que intervienen en las operaciones aritmticas y lgicas, y despus de esta, el resultado de la operacin. En general las instrucciones que trabajan con este registro (o su mitad inferior) tienen un micro cdigo ms simple que la misma instruccin ejecutada con otro registro. BX es el registro base, suele contener la direccin de inicio de una tabla de valores. CX es denominado contador. Las instrucciones de bucle (LOOP) utilizan este registro como contador. DX es un registro de datos, multiuso. Se utiliza en operaciones de multiplicacin y divisin junto con AX. En operaciones de entrada/salida de puertos IN/OUT, su mitad inferior DL, contiene el nmero de puerto ( 2.5).Aunque estos cuatro registros son de 16 bits (como los restantes), en caso necesario pueden ser utilizados en dos mitades, "High" y "Low", de 8 bits, con lo que puede considerarse que existen 12 registros de uso general (no simultneos), los anteriores y sus mitades: AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH y DL.

2.2. REGISTROS DE SEGMENTOSe dispone de cuatro registros que sirven para contener las direcciones de otros tantos segmentos (zonas de 64 KB de memoria). Utilizndolos en conjuncin con otros registros que sealan las direcciones concretas dentro de estos segmentos (los desplazamientos), permiten manejar la totalidad de la memoria direccionable. Segmento de cdigo CS ("Code segment"). Seala la direccin del segmento de cdigo del programa que se est ejecutando. Segmento de datos DS ("Data segment"). Seala la direccin del segmento de datos del programa en ejecucin. Segmento de pila SS ("Stack segment"). Seala la direccin del segmento donde est la pila del programa. Segmento extra ES ("Extra segment"). Es un segmento auxiliar a los anteriores, se utiliza para sealar espacio extra en alguno de los segmentos o para almacenar momentneamente direcciones intermedias.2.3. REGISTROS DE PUNTERO Son 5 registros destinados a contener direcciones; estas direcciones son desplazamientos dentro de los segmentos indicados por los registros de segmento. El primero, denominado indistintamente puntero de instruccin IP ("Instruccin pointer") y contador de programa PC ("Program counter"), indica el desplazamiento (dentro del segmento de cdigo CS) de la prxima instruccin a ejecutar. El puntero de pila SP ("Stack Pointer"), seala el desplazamiento del final de la pila dentro del segmento de pila SS. En caso necesario la pila puede crecer a partir de este punto, de forma que por ejemplo, una nueva invocacin de funcin crear un nuevo registro de activacin que comenzar en este punto. El puntero base BP ("Base pointer") seala el desplazamiento (dentro del segmento de pila SS) donde se encuentra el origen de la zona ocupada por las variables dinmicas. Existen dos registros denominados "de ndice", en razn de su utilizacin muy particular, el ndice fuente SI ("Source index") y el ndice destino DI ("Destination index"). Generalmente estos dos registros se utilizan con alguno de los registros de uso general y con ciertas instrucciones especficamente pensadas para transferir datos (dentro de un rango de posiciones de memoria), desde un punto inicial de un segmento de datos, a otro..3. UNIDAD ARITMTICO-LGICAComo su propio nombre indica, la unidad Aritmtico-Lgica ALU ("Arithmetic and Logic Unit"), es responsable de realizar ciertas operaciones aritmticas y lgicas.En cuanto a las primeras, ya hemos indicado que los primeros procesadores solo eran capaces de realizar operaciones de aritmtica bsica con nmeros enteros, y que las operaciones con nmeros fraccionarios deban hacerse mediante artificios software. Esto haba motivado la aparicin de procesadores especficos para estas operaciones, los denominados coprocesadores matemticos. A partir de la introduccin del Intel 80486 el coprocesador matemtico fue incluido en el procesador.

La unidad aritmtica de los procesadores actuales no solo puede realizar las operaciones aritmticas bsicas con nmeros enteros o fraccionarios, tambin ejecuta operaciones como raz cuadrada y funciones trascendentes, como clculo del seno, coseno, tangente, arco tangente, logaritmos y exponenciacin. 4. UNIDAD DE CONTROLLa Unidad de Control CU ("Control Unit") funciona como rbitro del funcionamiento del procesador. Se encarga de coordinar que todos los elementos funcionen de forma armnica.Para la ejecucin de una instruccin de lenguaje mquina se requieren una serie de operaciones elementales y de sucesos fsicos en los diversos componentes del procesador. Podramos poner un ejemplo: El procesador es un submarino en inmersin y el comandante da la orden de emerger. Esto requiere una serie de operaciones, los tripulantes deben abrir unas vlvulas, cerrar otras; orientar el timn de profundidad; ajustar la velocidad, etc. etc. En el procesador, la operacin MOV AX, BX (mover el contenido del registro BX a AX), requiere tambin la operacin de una serie de vlvulas (aqu se llaman puertas lgicas) en un orden determinado. El conjunto de operaciones necesarias para que se complete cada instruccin de lenguaje-mquina se conoce como micro cdigo. Es un programa de actuacin cableado en silicio (firmware) o en una memoria interna especial del procesador CROM ("Control Read Only Memory), y suele comenzar con las maniobras necesarias para traer ("Fetch") la prxima instruccin (sealada por el contador de programa IP), a un mdulo de la CU denominado decodificador de instrucciones. La Unidad de Control, responsable de que todas estas operaciones se ejecuten correctamente, es en realidad el poder ejecutivo de la UCP (siguiendo con nuestro smil, en las mquinas de von Neumann, el "Poder legislativo" sera el programa grabado en memoria).5. EL BUS INTERNOLos diversos elementos de un microprocesador estn interconectadas de forma muy compleja. En realidad existen varios buses principales, cuya anchura que es dos a cuatro veces la del bus externo de las PC's.6. EL LENGUAJE DEL PROCESADOREl lenguaje que entiende el procesador es lenguaje-mquina, pero raramente se emplea como tal, se utiliza un lenguaje de un poco ms alto nivel, ensamblador o macro-ensamblador. Cada modelo de procesador tiene su propio lenguaje-mquina y necesita su propio ensamblador, pero todos los miembros de la saga Intel x86 comparten un ncleo que proviene de su ancestro el 8086.Desde luego este tutorial "Tecnologa del PC", no trata sobre programacin en assembler (que adems no es mi especialidad), pero como algunos me han escrito solicitando informacin al respecto, incluyo algunas referencias donde puede encontrarse informacin acerca de la programacin en ensamblador y donde conseguir macroensambladores.7. CACHLa cach ms cercana a la unidad de control suele estar dividida en instrucciones y datos. De esta forma la unidad puede ir ejecutando varias instrucciones sin tener que estar continuamente leyendo de la RAM con cada nueva. ES muy comn que existan al menos dos niveles de memoria cach en el interior del ncleo.8. CONTROLADOR DE MEMORIAEste fue uno de los primeros elementos que se quiso integrar en el microprocesador. Se hizo porque al incorporar el controlador de memoria en el interior del procesador y quitarlo de la placa base se consigue aumentar la velocidad de la memoria RAM.Antiguamente la memoria dependa de la placa base y no era raro que esta estuviera preparada para poder funcionar con varios tipos de memoria RAM.

9. CONTROLADOR PCI EXPRESSAl implementar internamente este componente la comunicacin con la tarjeta grfica discreta es directa. Es decir, se ha seguido la misma filosofa que con el controlador de memoria.10. CONTROLADOR PCI EXPRESSSi integran este componente ya no hablamos de CPUs sino de APUs. Ya no estaramos ante un procesador convencional, sino ante un hbrido entre procesador y tarjeta grfica. En la actualidad y parece que en desarrollos futuros vamos a tener siempre este tipo de dispositivos.La inclusin de este elemento es fundamental ya que las tarjetas grficas estn compuestas de pequeos ncleos en su interior que pueden usarse para acelerar cierto tipo de aplicaciones. Al pasar al interior del procesador pueden hacer su trabajo de una forma mucho ms eficiente.

CONCLUSIONES El funcionamiento de las computadoras se lee instrucciones y datos. La velocidad a la que lee datos y realiza clculos, viene determinada por la famosa frecuencia de funcionamiento que puedes ver en cualquier folleto de un microprocesador. La Arquitectura y la tecnologa de fabricacin es lo que define las caractersticas y las posibles prestaciones de un microprocesador, todo esto hace que sea cada vez ms complejo la comparacin entre los distintos procesadores ya que puede ser que algunos sean ms rpidos que otros en un tipo de aplicaciones y en otras no.

BIBLIOGRAFAx1.Zator Systems. [Online]. [cited 18 Marzo 2015. Available from: http://www.zator.com/Hardware/H3_2.htm.2.TLLEZ AM. Programacin del microprocesador. [Online].; 2007 [cited 2015 Marzo 18. Available from: http://logica-digital.blogspot.com/2007/11/suplemento-4-programacin-del.html.3.Historia y Evolucon de los Microprocesadores. [Online]. [cited 2015 Marzo 18. Available from: http://perifericos508.galeon.com/micro.html.4.MICROPROCESADOR. [Online]. [cited 2015 Marzo 18. Available from: https://manteniendolaoperatividad.wordpress.com/microprocesador/.

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