MICROPROCESADORES

PROFESOR: JUAN DAVILA C.ALUMNO: JORGE LUIS RARAZ TINOCOCICLO: VAÑO: 2011

• DEFINICIONEs la parte de la computadora diseñada para llevar acabo o ejecutar los programas. Este viene siendo el cerebro de la computadora, el motor, el corazón de esta máquina. Este ejecuta instrucciones que se le dan a la computadora a muy bajo nivel haciendo operaciones lógicas simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir. El microprocesador, o simplemente el micro, es el cerebro del ordenador. Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles (o millones) de elementos llamados transistores, cuya combinación permite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip.

• CARACTERISTICASCaracterísticas de los MicroprocesadoresLos procesadores se pueden diferenciar por sus características físicas y

lógicas: Características lógicas:

Longitud de la palabra procesada, esto es, número de bits procesados en el mismo ciclo de reloj.

Capacidad de acceso a la memoria o la cantidad de memoria que puede manejar.

Velocidad de ejecución de instrucciones, su velocidad de proceso. Repertorio de instrucciones a nivel máquina que puede procesar.

Características físicas: Retraso de propagación de la señal eléctrica: representa el tiempo que

tarda la señal en tomar uno u otro valor dentro del circuito. Disipación de potencia: Este valor indica el calor que genera el

procesador al permanecer operativo. Abanico de salida: es la cantidad de señales eléctricas que el

microprocesador es capaz de manejar entre su circuitería interna y el sistema informático exterior al que se conecta.

Márgenes de ruido: indican la fiabilidad de que la señal eléctrica que contiene la información generada por el microprocesador al realizar sus operaciones se propague correctamente a través de sus circuitos, o esté corrompida por una señal proveniente del exterior.

Una de las principales limitaciones de los actuales microprocesadores es el abanico de salida de señales debido al limitado número de patillas de conexión con la placa principal que aquéllos pueden tener. El número de patillas del microprocesador limita o permite el manejo de mayor o menor cantidad de señales desde y hacia el microprocesador, lo que facilita o perjudica su capacidad en el manejo de la información necesaria para realizar los diferentes procesos.

• RESEÑA HISTORICA

MICROPROCESADOR 4004

El Intel 4004 (i4004), un CPUde 4bits, fue el primer microprocesador en un simple chip, así como el primero disponible comercialmente. Aproximadamente al mismo tiempo, algunos otros diseños de CPU en circuito integrado, tales como el militar F14 CADC de 1970, fueron implementados como chipsets, es decir constelaciones de múltiples chips.

El Intel 8008 (i8008) es un microprocesador diseñado y fabricado por Intelque fue lanzado al mercado en abril de 1972. Codificado inicialmente como 1201, fue pedido a Intel por Computer Terminal Corporation para usarlo en su terminal programable Datapoint 2200, pero debido a que Intel terminó el proyecto tarde y a que no cumplía con la expectativas de Computer Terminal Corporation, finalmente no fue usado en el Datapoint 2200. Posteriormente Computer Terminal Corporation e Intelbacordaron que el i8008 pudiera ser vendido a otros clientes.

MICROPROCESADOR 8008

MICROPROCESADOR 8080

El Intel 8080 fue un microprocesador temprano diseñado y fabricado por Intel.El CPUde 8 bits fue lanzado en abril de 1974. Corría a 2 MHz, y generalmente se le considera el primer diseño de CPU microprocesador verdaderamente usable.

MICROPROCESADOR 8080 y 8086

Una venta realizada por Intel a la nueva división de computadoras personales de IBM, hizo que las PC de IBM dieran un gran golpe comercial con el nuevo producto con el 8088, el llamado IBM PC. El éxito del 8088 propulsó a Intel a la lista de las 500 mejores compañías, en la prestigiosa revista Fortune, y la misma nombró la empresa como uno de Los triunfos comerciales de los sesenta.

El Intel 80286 (llamado oficialmente iAPX 286, también conocido como i286 o 286) es un microprocesador de 16 bits de la familia x86, que fue lanzado al mercado por Intel  el 1 de febrero de 1982. Cuenta con 134.000 transistores.

MICROPROCESADOR 80286

El Intel 80386 (i386, 386) es un microprocesador CISC con arquitectura x86. Durante su diseño se le llamó 'P3', debido a que era el prototipo de la tercera generación x86. El i386 fue empleado como la unidad central de proceso de muchos ordenadores personales desde mediados de los años 80 hasta principios de los 90.

MICROPROCESADOR 80386

La generación 486 realmente significó contar con una computadora personal de prestaciones avanzadas, entre ellas un conjunto de instrucciones optimizado, una unidad de coma flotante o FPU, una unidad de interfaz de bus mejorada y una memoria caché unificada, todo ello integrado en el propio chip del microprocesador. Estas mejoras hicieron que los i486 fueran el doble de rápidos que el par i386 - i387 operando a la misma frecuencia de reloj. El procesador Intel 486 fue el primero en ofrecer un coprocesador matemático o FPU integrado; con él que se aceleraron notablemente las operaciones de cálculo. Usando una unidad FPU las operaciones matemáticas más complejas son realizadas por el coprocesador de manera prácticamente independiente a la función del procesador principal.

MICROPROCESADOR 80486

Intel Pentium es una gama de microprocesadores de quinta generación con arquitectura x86 producidos por Intel Corporation.El primer Pentium se lanzó al mercado el 22 de marzo de 1993, con velocidades iniciales de 60 y 66 MHz, 3.100.000 transistores, cache interno de 8 KB para datos y 8 KB para instrucciones; sucediendo al procesador Intel 80486. Intel no lo llamó 586 debido a que no es posible registrar una marca compuesta solamente de números

MICROPROCESADOR PENTIUM

MICROPROCESADOR 8086/88El 8086 es un microprocesador de 16 bits, tanto en lo que se refiere a su estructura como en sus conexiones externas, mientras que el 8088 es un procesador de 8 bits que internamente es casi idéntico al 8086. La única diferencia entre ambos es el tamaño del bus de datos externo. Intel trata esta igualdad interna y desigualdad externa dividiendo cada procesador 8086 y 8088 en dos sub-procesadores. O sea, cada uno consta de una unidad de ejecución (EU: Execution Unit) y una unidad interfaz del bus (BIU: Bus Interface Unit). La unidad de ejecución es la encargada de realizar todas las operaciones mientras que la unidad de interfaz del bus es la encargada de acceder a datos e instrucciones del mundo exterior.

Microprocesador 8086Microprocesador 8088

Las unidades de ejecución son idénticas en ambos microprocesadores, pero las unidades de interfaz del bus son diferentes en varias cuestiones, como se desprende del siguiente diagrama en bloques:

¿QUÉ ES EL BUS?Se denomina bus, al conjunto de conexiones físicas (cables, placa de circuito impreso, etc.) que pueden compartirse con múltiples componentes de hardware para que se comuniquen entre sí. El propósito de los buses es reducir el número de rutas necesarias para la comunicación entre los distintos componentes, al realizar las comunicaciones a través de un solo canal de datos. Ésta es la razón por la que, a veces, se utiliza la metáfora "autopista de datos".

 En el caso en que sólo dos componentes de hardware se comuniquen a través de la línea, podemos hablar de puerto hardware ( puerto serial o puerto paralelo)

Buses de comunicación en un circuito impreso

• Funcionamiento

La función del MICROBus es la de permitir la conexión lógica entre distintos subsistemas de un sistema digital, enviando datos entre dispositivos de distintos órdenes: desde dentro de los mismos circuitos integrados, hasta equipos digitales completos que forman parte de supercomputadoras.La mayoría de los buses están basados en conductores metálicos por los cuales se trasmiten señales eléctricas que son enviadas y recibidas con la ayuda de integrados que poseen una interfaz del bus dado y se encargan de manejar las señales y entregarlas como datos útiles. Las señales digitales que se trasmiten son de datos, de direcciones o señales de control.

• Evolución• Primera Generación

Los primeros computadores tenían 2 sistemas de buses, uno para la memoria y otro para los demás dispositivos. La CPU tenía que acceder a dos sistemas con instrucciones para cada uno, protocolos y sincronizaciones diferentes.La empresa DEC notó que el uso de dos buses no era necesario si se combinaban las direcciones de memoria con las de los periféricos en un solo espacio de memoria, de manera que la arquitectura se simplificaba ahorrando costos de fabricación en equipos fabricados en masa, como eran los primeros minicomputadores.

Los primeros microcomputadores se basaban en la conexión de varias tarjetas de circuito impreso a un bus Backplane pasivo que servía de eje al sistema. En ese bus se conectaba la tarjeta de CPU que realiza las funciones de arbitro de las comunicaciones con las demás tarjetas de dispositivo conectadas; las tarjetas incluían la memoria, controladoras de diskette y disco, adaptadores de vídeo. La CPU escribía o leía los datos apuntando a la dirección que tuviera el dispositivo buscado en el espacio único de direcciones haciendo que la información fluyera a través del bus principal.

Bus BACKPLANE

• Segunda Generación

El hecho de que el bus fuera pasivo y que usara la CPU como control, representaba varios problemas para la ampliación y modernización de cualquier sistema con esa arquitectura. Además que la CPU utilizaba una parte considerable de su potencia en controlar el bus.Desde que los procesadores empezaron a funcionar con frecuencias más altas, se hizo necesario jerarquizar los buses de acuerdo a su frecuencia: se creó el concepto de bus de sistema (conexión entre el procesador y la RAM) y de buses de expansión, haciendo necesario el uso de un chipset.

El bus ISA utilizado como backplane en el PC IBM original pasó de ser un bus de sistema a uno de expansión, dejando su arbitraje a un integrado del chipset e implementando un bus a una frecuencia más alta para conectar la memoria con el procesador.

Jerarquía de diversos buses en un equipo relativamente moderno: SATA, FSB, AGP, USB entre otros.

• Tercera Generación

Los buses de tercera generación se caracterizan por tener conexiones punto a punto, a diferencia de los buses arriba nombrados en los que se comparten señales de reloj. Esto se logra reduciendo fuertemente el número de conexiones que presenta cada dispositivo usando interfaces seriales. Entonces cada dispositivo puede negociar las características de enlace al inicio de la conexión y en algunos casos de manera dinámica, al igual que sucede en las redes de comunicaciones. Entre los ejemplos más notables, están los buses PCI-Express, el Infiniband y el HyperTransport.• Tipos de bus

Existen dos grandes tipos clasificados por el método de envío de la información: bus paralelo o bus serie.

Hay diferencias en el desempeño y hasta hace unos años se consideraba que el uso apropiado dependía de la longitud física de la conexión: para cortas distancias el bus paralelo, para largas el serial.

• Bus Paralelo

Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. En los computadores ha sido usado de manera intensiva, desde el bus del procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo, hasta las impresoras.Un bus paralelo tiene conexiones físicas complejas, pero la lógica es sencilla, que lo hace útil en sistemas con poco poder de cómputo. En los primeros microcomputadores, el bus era simplemente la extensión del bus del procesador y los demás integrados "escuchan" las línea de direcciones, en espera de recibir instrucciones.

Diagrama de un Bus Backplane  como extensión del bus de procesador.

• Bus Serie

En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas de software. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia. Es usado desde hace menos de 10 años en buses para discos duros, unidades de estado sólido, tarjetas de expansión y para el bus del procesador.

¿QUÉ ES EL RELOJ?El reloj de una computadora se utiliza para dos funciones principales:1. Para sincronizar las diversas operaciones que realizan los diferentes subcomponentes del sistema informático.2. Para saber la hora.

El reloj físicamente es un circuito integrado que emite una cantidad de pulsos por segundo, de manera constante. Al número de pulsos que emite el reloj cada segundo se llama Frecuencia del Reloj.

La frecuencia del reloj se mide en Ciclos por Segundo, también llamados Hertzios, siendo cada ciclo un pulso del reloj. Como la frecuencia del reloj es de varios millones de pulsos por segundo se expresa habitualmente en Megaherzios.

El reloj marca la velocidad de proceso de la computadora generando una señal periódica que es utilizada por todos los componentes del sistema informático para sincronizar y coordinar las actividades operativas, evitando el que un componente maneje unos datos incorrectamente o que la velocidad de transmisión de datos entre dos componentes sea distinta.

Cuanto mayor sea la frecuencia del reloj mayor será la velocidad de proceso de la computadora y podrá realizar mayor cantidad de instrucciones elementales en un segundo.

COPROCESADOR MATEMATICOEl coprocesador matemático o, más correctamente, la FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante). Parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos; antiguamente estaba en el exterior del micro, en otro chip.

Coprocesador, en informática, procesador, diferente del microprocesador principal, que ejecuta funciones adicionales o que ayuda al microprocesador principal. El tipo de coprocesador más común es el de coma flotante, también llamado numérico o matemático, diseñado para ejecutar los cálculos numéricos más rápidamente y mejor que los microprocesadores de aplicaciones generales utilizados en los PC. Los procesadores de última generación para PC incorporan lógica de coma flotante, por lo que este tipo de componente resulta innecesario.

Coprocesador

• FunciónEl coprocesador matemático esta diseñado para que funcione en paralelo con el microprocesador. El conjunto de instrucciones incluye muchas operaciones extremadamente potentes en coma flotante.

Cuando el microprocesador encuentre una instrucción en coma flotante, envía el código de operación necesario y direcciones de memoria de operandos al coprocesador matemático. Esto libera al microprocesador de ejecutar la siguiente instrucción, mientras el coprocesador matemático realiza simultáneamente el cálculo numérico.

El coprocesador matemático puede hacer peticiones de acceso a memoria a través de una canal de datos dedicado permanente en el microprocesador

• Características• El coprocesador depende de un procesador anfitrión o "host" para entregarle instrucciones al coprocesador.

• De todas maneras, en algunas arquitecturas, el coprocesador tiene un funcionamiento más de propósito general, pero con un limitado rango de funciones y siempre bajo la supervisión del procesador principal.

• El uso de coprocesadores disminuyó debido a la dificultad de integrar este con los nuevos microprocesadores de altas velocidades. De todas maneras hay un resurgimiento de estos, especialmente para aquellos dedicados a los gráficos, que cada vez son más complejos en los juegos.

• Por lo tanto, el coprocesador no es un procesador de propósito general. Algunos coprocesadores no pueden buscar instrucciones desde la memoria, ejecutar instrucciones de control de flujo, hacer operaciones de entrada/salida, administrar la memoria, entre otras cosas, que sí pueden hacer los procesadores de propósito general.