Tema 2 microprocesadores

1

MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Mgs. Diego M. Reina Haro

FACULTAD DE INFORMATICA

Y ELECTRONICA

ESCUELA DE INGENIERIA

SISTEMASen

ARQUITECTURA DE COMPUTADORESPage 2

INTRODUCCIÓN


Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema

operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta

instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel,

realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales

como: sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y

accesos a memoria.

El microprocesador (o

simplemente procesador) es

el circuito integrado central y más

complejo de un sistema

informático; a modo de ilustración,

se le suele llamar por analogía el

“cerebro” de un computador.

Page 3

INTRODUCCIÓN

El microprocesador está conectado generalmente

mediante un zócalo específico de la placa base de

la computadora; normalmente para su correcto y

estable funcionamiento, se le incorpora un sistema

de refrigeración que consta de un disipador de

calor fabricado en algún material de

alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y

de uno o más ventiladores (COOLER) que eliminan

el exceso del calor absorbido por el disipador.

Entre el disipador y la cápsula del microprocesador

usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la

conductividad del calor. Existen otros métodos más

eficaces, como la refrigeración líquida o el uso

de células peltier para refrigeración extrema.


Partes del

Microprocesador


MICROPROCESADORES

Page 5ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Partes del Microprocesador

La Unidad Central de Procesamiento (CPU) es el cerebro del ordenador. Su

función es ejecutar programas almacenados en la memoria RAM tomando

sus instrucciones, examinándolas y luego ejecutándolas una tras otra. La

CPU se compone principalmente de 2 partes:

• Parte Lógica

• Parte Física

Parte LógicaRegistros.- Las instrucciones , comandos, ordenes, etc. son almacenadas

en los registros.

Decodificador.- Encargado de traducir o interpretar las instrucciones y los

transforma en datos.

Acumulador.- Recibe los datos que genera el decodificador y los almacena

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Multiplexor.- Con los resultados del ALU, se encarga de decidir si los datos

van a la memoria (en caso de que ya hayan sido usados) o de enviarlos al

contador de programas para indexarlo y ponerlo en memoria.

RAM.- Es un porción de memoria que posee todo microprocesador, cada

instrucción necesita un poco de memoria para poder ejecutarse,

generalmente a la memoria dentro de un procesador se la denomina

Memoria CACHE ó L1.



Unidad Aritmética Lógica - ALU.- Trabaja con los datos del acumulador,

realiza operaciones matemáticas y lógicas (lenguaje binario).

Parte Lógica

2



Funcionamiento Lógica

Page 8


Parte Física


El encapsulado: Es lo que rodea a la oblea de silicio en

sí, para darle consistencia, impedir su deterioro (ejemplo

por oxidación) y permitir un enlace con los conectores

externos que lo acoplarán a su zócalo o a la placa base.

Zócalo: Es el lugar en donde se inserta el procesador,

efectuando una conexión entre el y el resto del equipo.

Cada familia de microprocesadores necesita un zócalo

distinto, por diferencias físicas entre marcas.

Pines: Son los conectores que permiten el contacto

entre el Mainboard y el microprocesador.

Page 9

Memoria Caché: Es la parte en donde se

almacenan datos que se usan muy frecuentemente,

con el motivo de evitar el tener que pedirlos

constantemente a la memoria principal, acelerando

el acceso a otros dispositivos externos de

almacenamiento, reduciendo así el tiempo de

espera. Esta memoria se comunica directamente

con la memoria principal, evitando el bus general,

así es más rápida.

Chipset: El "chipset" (conjunto de circuitos

integrados) es el conjunto (set) de chips que se

encarga de controlar determinadas funciones del

ordenador, como la forma en que trabajará el

microprocesador con la memoria o la caché, o el

control de puertos PCI, AGP, USB.


Parte Física


Buses de Datos .- Es el camino por donde viajan los datos, es decir entre el

la ALU y el acumulador

Buses de Control.- Es el camino por donde viajan las instrucciones antes

de ser traducidas o interpretadas; entre los registros, el acumulador y la

ALU.

Buses de Dirección.- Es el camino por donde viajan los datos procesados

hacia la memoria RAM


Parte Física


Page 11

Funcionamiento del

Microprocesador


MICROPROCESADORES


Funcionamiento del Microprocesador

El microprocesador es el cerebro de del equipo. Es el encargado de ejecutar

las aplicaciones, interactuar con el teclado, el ratón, etc. Su funcionamiento,

se puede ver, de forma esquemática y simplificada dividido en los siguientes

pasos:1. Lee una instrucción. Los programas están compuestos de instrucciones y datos. Las

primeras indican al procesador que tareas deben de realizarse sobre los segundos.

Una instrucción por ejemplo, es la suma de A más B, donde tanto A como B son datos.

Por lo tanto el primer paso consiste en leer esa instrucción (decodifican)

2. Lee los datos asociados a esa instrucción. Una vez leída la instrucción, y analizados los

datos que se van a procesar, estos son leídos de la memoria. Siguiendo con el ejemplo

anterior, A y B serían leídos de la memoria. Dependiendo de la instrucción estos pueden

o no estar en memoria. (esto lo decide el multiplexor)

3. Procesa la información ALU y se escribe en memoria los datos. Se realiza la

operación. Dependiendo de la instrucción, el resultado puede ser escrito en memoria, o

quedar almacenado dentro del procesador, en un registro del mismo para un posterior

uso.

4. Se pasa a la siguiente instrucción. Lo normal es pasar a la siguiente instrucción. Pero

no todas son iguales y puede que alguna cambie el flujo del programa. Por ejemplo, una

puede decidir que se repitan las anteriores instrucciones hasta que no se cumpla una

determinada condición.

3


Unidades de Medida

del Microprocesador

MICROPROCESADORES

Page 14

Unidades de Medidas

Cuanto hablamos de microprocesadores siempre se asocian unidades de

medida para hacer referencia a las velocidades a las capacidades de

almacenamiento, por tanto es necesario aclarar las unidades de medida con

las que se pueden encontrar al tratar de microproesadores.

Byte (B)Constituye una unidad de medida que indica la cantidad de datos informáticos

existentes; es decir es un valor de medida cuantificable respecto al tamaño de

datos.

Un byte esta conformado por 8 bits y que recibe el tratamiento de 1 unidad y

que constituye el mínimo elemento de memoria direccionable de una

computadora.

El bit es la unidad básica de medida y contempla solo 2 posibles valores 1 o 0

(binario).


B

B

B

B

B

B

B

B

Unidades de Medidas


Hercio (Hz)El, hertzio o hertz, es la unidad de frecuencia del Sistema Internacional de

Unidades. Indica la velocidad de propagación de las ondas

electromagnéticas.

Es un valor que cuantifica la velocidad de frecuencia de onda o propagación

de onda en campos electromagnéticos.

1 Hercio equivale al numero de vibraciones de una onda en un determinado

tiempo numero de ondas/segundos = Hz.

“1 Hercio equivale a decir a que algo sucede, algo se mueve, algo

vibra en 1 solo segundo.”

Un reloj de pared tiene 3 manillas, hora, minuto y segundo.

Tómenos atención a la manilla que mide los segundo; esa

manilla funciona a 1 Hz; (se mueve, oscila, vibra, cambia cada

1 segundo). Como podemos notar los ciclos de un reloj están

asociados a los ciclos de funcionamiento de cualquier objeto

que se mida en Hz.

Unidades de Medidas

Page 17

Si, algo sucede , vibra , oscila en 2 ocasiones en 1 segundo, diríamos que

es igual a 2 Hz, y si sucede 3 eventos en 1 segundo 3 Hz……y así

sucesivamente.

Fijémonos en esta tabla de unidades de Hz. y

preguntemos que significa cuando alguien nos

dice que un procesador trabaja a 3GHz.

3 X 1GHz.

3 X 10 Hz.9

3 X 1.000.000.000 Hz.

3.000.000.000 Hz.

Esto significa, que el procesador puede hacer

3.000.000.000 operaciones por segundo (una brutalidad

no?) como el reloj de pared puede mover una aguja cada

1 segundo, este procesador, puede mover 3.000.000.000

agujas por segundo, o hacer 3.000.000.000 operaciones

matemáticas o algebraicas en un segundo.

Unidades de Medidas



HISTORIA

MICROPROCESADORES

4

Page 19

HISTOTRIA

Hasta los primeros años de la década de 1970 los diferentes componentes

electrónicos que formaban un procesador no podían ser un único circuito

integrado, era necesario utilizar dos o tres "chips" para hacer una CPU (uno

era el "ALU" - Arithmetical Logic Unit, el otro la " control Unit", el otro el

" Register Bank", etc..).

En 1971 la compañía INTEL consiguió por primera vez poner todos los

transistores que constituían un procesador sobre un único circuito integrado,

el"4004 "', así nacía el microprocesador.


Los principales fabricantes de microprocesadores a través de la historia han

sido: INTEL, AMD, MOTOROLA, IBM

Page 20

HISTOTRIA


AÑO INTEL AMD

1971 4004 -

1972 8008 -

1974 8080 -

1978 8086,8088

1982 80286 Am286

1985 80386 Am386

1989 80486 Am486

1991 - AM x86

1993 Pentium -

1995 Pentium Pro -

1996 - AMD K5

1997 Pentium II AMD K6 , K6-2

1998 Pentium II Xeon -

1999 Celeron * AMD Athlon K7

(Classic y

Thunderbird)

AÑO INTEL AMD

1999 Pentium III -

1999 Pentium III Xeon -

2000 Pentium IV -

2001 - AMD Athlon XP

2004 - AMD Athlon 64

2006 Core Duo AMD Turion

2007 Core 2 Duo AMD Phenom

2008 - AMD Phenom II y Athlon II

2009 Core i3 -

2010 Core i5, Core i7 -

2011 Core Sandy

Bridge

AMD FUSION

2012 Core Ivy Bridge Bodcat

2013 Core Haswell Bulldozer

2014 Core i9 Vishera

Page 21

HISTOTRIA


Defina 3 partes lógicas del procesador y explique para que sirven.

Cuál es la cantidad total de Hz. a la que trabaja un procesador cuyas

especificaciones menciona que tiene 2,5MHz.

Mencione el nombre de 4 empresas fabricantes de procesadores, a

través de toda la historia.

1GigaByte en medidas cuantificables respecto al tamaño, a cuanto

equivale en valor binario (xy) y en valor decimal (xy):.

Describa como es el funcionamiento de un procesador (pasos)

LECCIÓN


Page 23

ARQUITECURA DE

CONSTRUCCION DE

PROCESADORES

CISC vs. RISC


Una de las primeras decisiones a la hora de diseñar un microprocesador es

decidir cual será su conjunto de instrucciones. La decisión es trascendente

por dos razones;

Primero, el conjunto de instrucciones decide el diseño físico del

microprocesador.

Segundo, cualquier operación que deba ejecutarse en el microprocesador

deberá poder ser descrita en términos de un lenguaje que atienda las

instrucciones.

Frente a esta cuestión caben dos filosofías de

diseño; procesadores denominadas CISC y procesadores

denominadas RISC.

ARQUITECURA DE CONSTRUCCION DE PROCESADORES

CISC vs. RISC


5

Page 25

MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA CISC

CISC: Computadoras con un Conjunto de Instrucciones Complejas

Complex Instruction Set Computer

La tecnología CISC (Complex Instruction Set Computer) nació de la mano de

Intel, en 1972 del primer microchip que permitiría el nacimiento de

la informática personal “Intel 8080”, primer chip capaz de procesar 8 bits

(1 byte), suficiente para representar números y letras; y con la posibilidad

de colocar todos los circuitos en un solo chip.

Los procesadores CISC son capaces de ejecutar varios centenares de

instrucciones complejas diferentes, siendo extremadamente versátil

(adaptarse con rapidez).

La arquitectura CISC se usa principalmente en las computadoras

personales


• Gran cantidad de instrucciones

• Instrucciones complejas

• Gran cantidad de modos de direccionamiento

• Soporta gran cantidad de tipos de datos

• Implementación de instrucciones de alto nivel lo más directamente

posible.

• Reducción del tiempo de ejecución de instrucciones complejas por medio

de implementación directa en hardware

• Compatibilidad con miembros anteriores de la familia

• Microarquitectura más compleja

• Instrucciones de longitud variable

MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA CISCCARACTERISTICAS DE CISC

EJEMPLOS CISCINTEL (INTegrated Electronics) : 8080-8086-80-8088..celeron, Pentium II, Pentium III, Pentium IV.

AMD (Advanced Micro Devices) - Duron, Athlon.

MOTOROLA : 68000, 68010, 68020, 68030, 6840.


Page 27

VENTAJAS

•Reduce la dificultad de crear compiladores (incluye compilador).

•Permite reducir el costo total del sistema.

•Reduce los costos de creación de software.

•Mejora la compactación de código.

•Facilita la depuración de errores

MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA CISC

DESVENTAJAS

• Poco uso de las instrucciones y direccionamientos complejos

• Poco aprovechamiento de parte de los compiladores: no es fácil

encontrar la mejor instrucción para ejecutar una tarea

• Baja densidad de código

• Accesos a memoria disminuyen velocidad de ejecución (buses/distancia)


MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA CISC


Page 29

MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA RISCRISC: Computadoras con un Conjunto de Instrucciones Reducido

Reduced Instruction Set Computer.

RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadoras que está a

favor de conjuntos de instrucciones pequeñas y simples que toman menor

tiempo para ejecutarse.

La Arquitectura RICS, nación en 1985 gracias a la necesidad de atender a

los Lenguajes de Programación, capaz de procesar procesar 32 bits ( *64 bits),

RISC fue la arquitectura que acuño el nombre de los procesadores

predecesores a ellos, como: CISC.

La arquitectura RISC se usa principalmente en las computadoras de

servicio dedicado (SERVIDORES,WORKSTATION)


MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA RISC

• Arquitectura de carga/almacenamiento, con pocos modos de

direccionamiento.

• Gran numero de Registros de uso general, cuya utilización se

optimiza en el compilador.

• Repertorio de instrucciones limitado, sencillo y con formato fijo.

• Especial énfasis en la segmentación y unidad de control.

CARACTERISTICAS DE RISC

EJEMPLOS RISC

• MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) palms, PlayStation,

Nintendo 64. (IBM international machine business, INTEL , AMD)

• SPARC (Scalable Processor ARChitecture) empresa ROSS.

• ARM (Advanced RISC Machine) – Europa -32 bits - PDA, tabletas, Teléfono

inteligente, teléfonos móviles, videoconsolas portátiles, calculadoras, reproductores

digitales de música y medios (fotos, vídeos, etc.),


6

Page 31

VENTAJAS

• Se incrementa la velocidad debido a un conjunto menor de

instrucciones y mas simples.

• Hardware mas simple, tamaño mas pequeño (oblea reducida)

• Reduce los costos de creación de software.

• Ciclo de diseños mas corto, posibilidad de actualización

constante(versiones), mas barato.

• El espacio sobrante en la capsula es cubierto por una

memoria interna (caché, L1…).

• Menor consumo de potencia.

DESVENTAJAS

• Excesiva dependencia de en la efectividad del compilador.

• Depuración difícil de debido a pocas instrucciones.

• Necesidad de mas memoria para satisfacer la velocidad.

• Mayor numero de líneas de código. (x instrucción)

• Incompatibilidad con arquitecturas anteriores.

MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA RISC


MICROPROCESADORES

ARQUITECTURA RISC


Page 33

MICROPROCESADORES

CIS VS. RISC

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

instrucciones

DE

CODIF

ICADO

R

microinstrucciones

microinstrucciones

microinstrucciones

microinstrucciones

microinstrucciones

microinstrucciones

microinstrucciones

ALU

LOAD

STORE

ESTRUCTURA

DE

RESULTADOS

RAM

WRITE_HEX PROC

PUSH CX ;

PUSH DX

MOV DH, DL

MOV CX, 4

SHR DL, CX

CALL WRITE_HEX_DIGIT

MOV DL, DH ;

AND DL, 0Fh ;

CALL WRITE_HEX_DIGIT ;

POP DX

POP CX

RET

WRITE_HEX ENDP

COMPILADORES

DEPURADORES

1 CICLO 2 CICLO 3 CICLO 4 CICLO 6 CICLO

PROCESADOR CON ARQUITECURA

CISC


MICROPROCESADORES

CIS VS. RISC

instrucciones

instrucciones

instruccionesinstrucciones

instrucciones

D

ECOD.

ALU

LOAD

STORE

ESTRUCTURA

DE

RESULTADOS

CACHE

RAM

1 CICLO 2 CICLO 3 CICLO

D

ECOD.

WRITE_HEX PROC

PUSH CX ;

PUSH DX

MOV DH, DL

MOV CX, 4

SHR DL, CX


MOV DL, DH ;

AND DL, 0Fh ;

MOV DH, DL

MOV CX, 4

SHR DL, CX


MOV DL, DH ;

AND DL, 0Fh ;

MOV DH, DL

MOV CX, 4

SHR DL, CX


MOV DL, DH ;

AND DL, 0Fh ;

MOV DH, DL

MOV CX, 4

SHR DL, CX


MOV DL, DH ;

AND DL, 0Fh ;

CALL WRITE_HEX_DIGIT ;

POP DX

POP CX

RET

WRITE_HEX ENDP

PROCESADOR CON ARQUITECURA

RISC


Page 35

A cuantos Bytes trabajan los Procesadores RISC.?

Empresas que trabajaban con la Arquitectura RISC.?

Que Arquitectura de Procesadores utilizaban los computadores

WorkStation y Porque?

Que significan las siguientes siglas:

AMD, INTEL, SPARC, ARM

Que función cumplen los Compiladores y Depuradores?

LECCIÓN


MULTIPROCESADOR


7

Page 37

Se denomina multiprocesador a un equipo de

computo que cuenta con dos o

más microprocesadores. Cada procesador

tiene sus propios recursos físicos y lógicos

como cache, buses internos, ALU, registros,

etc.

Como es lógico este tipo de equipos tienen la

capacidad de atender mas instrucciones, sin

embargo presentan una desventaja debido a que

los procesadores existentes hacen uso de la

misma memoria principal (RAM).

Así como los S.O. realizan una multitarea (multi-tasking); permiten a varios

procesos (Task) hacer uso de un mismo CPU. Los procesadores realizan

una tarea similar para cada instrucción o llamado comúnmente hilos

(Threads) en donde cada hilo es organizado para ser llevado a la Memoria

Principal de forma que ninguno interfiera con el otro (multi-threaded)

MICROPROCESADORES

MULTIPROCESADOR


MICROPROCESADORES

MULTIPROCESADORMULTIPROCESAMEINTO LOGICO - HyperThread (HT)

El multiprocesamiento lógico, consiste en simular a varios

microprocesadores dentro de un mismo chip. A esta

tecnología se le llama Hyperthread ó Hyperthreading y

ofrece al sistema operativo el doble de núcleos de los que

se tiene físicamente.

INTEL fuel la empresas original en ofrecer este tipo de

procesadores (Pentium IV HT), para conseguir esto se

duplica ciertos bloques, en concreto algunos registros,

pero sin llegar a crear un duplicado perfecto.

Los S.O y los programas verán dos núcleos donde sólo hay

uno. De esta forma, ciertas aplicaciones, aquellas diseñadas

para trabajar con varios de ellos al mismo tiempo,

conseguirán aumentar su rendimiento. Intel sólo duplica algunos

registros para ser capaz

de eliminar bloqueos.

AMD trata de acelerar todas las aplicaciones

multinúcleo.


Page 39

El procesamiento en paralelo es la división de una aplicación en varias

partes para que sean ejecutadas a la vez por diferentes unidades de

ejecución.

El procesamiento en paralelo se utiliza en Computación Paralela y la

Computación Distribuida.

MICROPROCESADORES

MULTIPROCESADORMULTIPROCESAMEINTO LOGICO – EN PARALELO


MICROPROCESADORES

MULTIPROCESADOR

• Considere 2 ó mas procesadores físicos en donde

cada procesador cumple una tarea específica.

Existe un procesador maestro (master) donde se

ejecuta el sistema operativo y los demás

procesadores esclavos (slave) esperan que el

maestro les de instrucciones. “relación maestro-

esclavo.”

• El procesador maestro tiene el control total de la

Memoria Principal y planifica el trabajo de los

procesadores esclavos.

• La gran desventaja es que al haber solo una copia

del sistema operativo en un solo procesador

(maestro) cuando este procesador falla todo el

sistema falla

MULTIPROCESAMEINTO FÍSICO - ASIMETRICO (AMP)


Page 41

MICROPROCESADORES

MULTIPROCESADOR

Los sistemas SMP (2 ó +), permiten que cualquier

procesador trabaje en cualquier instrucción y en

cualquier lugar de la memoria principal.

Poseen un condicionamiento de que cada instrucción

no este en ejecución en dos o más procesadores al

mismo tiempo. (sistema operativo.)

Los sistemas SMP puede mover fácilmente tareas

entre los procesadores para equilibrar la carga de

trabajo de manera eficiente.

La principal desventaja es la posibilidad de saturación

de los buses del sistema a la Memoria Principal.. Por

esta razón una arquitectura SMP difícilmente puede

escalar más allá de algunas decenas de

procesadores.

MULTIPROCESAMEINTO FÍSICO – SIMETRICO(SMP)


MICROPROCESADORES

MULTIPROCESADOR


8

Page 43

PROCESAMIENTO

MULTINUCLEO


MICROPROCESADORES

MULTINUCLEO

El procesamiento multinúcleo se da cuando un procesador combina dos o

más microprocesadores independientes (núcleo) en un solo paquete (chip

de silicio), a menudo un solocircuito integrado.

Típicamente cada núcleo (core) consiste de todos los componentes de un

procesador independiente e incluye memoria cache de nivel 1, nivel 2 y, en

algunos casos, nivel 3.

Estos procesadores de varios núcleos se unen con un canal de alta

velocidad (buses) y comparten la carga de trabajo general entre ellos. En

caso de que uno falle el otro se hace cargo.


Page 45

PROCESADORES MULTINÚCLEO - INTEL

MICROPROCESADORES

MULTINUCLEO

Pentium D (2005)2 procesadores Pentium 4 sin HT, con caché L1(1 MB) compartida, , 2.80GHz

Pentium Extreme Edition (2005)Conformados por dos procesadores Pentium 4 con HT , Caché L2(2 MB)

independiente, 3.20GHz

El computador veía 4 procesadores: 2 físicos y 2 lógicos.

Core Duo (2006)Es una versión para los portátiles, 2 procesadores, caché L1 (2MB) compartida, 2,33 GHz.

Core 2 Duo (2006)PC, Portátiles y Servidores, caché L2 (6MB) compartida, 2,33 GHz.

Core 2 QUAD (2006)4 procesadores, caché L2 (12MB) compartida, 3,2 GHz, 32, 64 bits


PROCESADORES MULTINÚCLEO - INTEL

MICROPROCESADORES

MULTINUCLEO

Core 2 EXTREME (2007)PC, 4 procesadores, caché L2 (4 MB) compartida, 2,93 GHz, Gestión de Energía (Juegos+) 32, 64 bits

Core i3 (2010)2 procesadores físicos, 2 núcleo virtuales, caché L2 (3 MB) compartida, 3.5 GHz, 32 y 64

bits (gráficos HD)

Core i5 (2011)4 procesadores físicos, 1 núcleo virtuales, caché L2(6 MB), 2,90 Hz 32 y 64 bits .

Core i7 (2012)4 procesadores físico, 4 núcleo virtuales, caché L3 (10 MB) , 3,6- 3,8 Hz, 64 bits

Core i9 (???)

xxxxxxxxxxxxxxxxx


Page 47

PROCESADORES MULTINÚCLEO - ADM

Opteron X2

8 procesadores, 3GHz, L3 (12 MB), 64 Bits

MICROPROCESADORES

MULTINUCLEO

Turion x2

Portátiles, 2 procesadores, 2,2 MHz, L2 (1MB), 64 Bits

Athlon

PC, 2 Procesadores, 2,4 GHz, L2 (1 MB), 64 bits


LECCIÓN

¿De que componente Químico están hechos los microprocesadores ?

Como se llamaba el primer procesador de Intel y en que año apareció .

Que significan las siglas RISC y CISC

¿Cuáles es la diferencia entre Multiprocesamiento Físico y Lógico?

¿Explique que es Memoria Compartida, Memoria Local, Memoria

Principal?


9

Page 49

Procesadores

32 bits - 64 bits


Procesadores (32 bits - 64 bits)

Una de las preguntas que suelen formular quienes tienen que cambiar

una computadora o hacer instalaciones o actualizaciones a su

sistema operativo o software de usuario, es acerca del tipo de arquitectura

con la que corre internamente su equipamiento. Seguramente hemos oído

hablar sobre si un procesador o versión del sistema operativo es de 32 ó

64 bits, pero lamentablemente estos números no significan nada para

nosotros.

Como primera medida, es necesario destacar que la terminología “PC de

32 o 64 bits” hace referencia tanto a la arquitectura del procesador

como al sistema operativo , es decir ambas cosas van de la mano, por lo

menos en la mayoría de los casos.


Page 51

Procesadores (32 bits - 64 bits)

N° Bits RepresentaciónBinaria

Total de Números a Representar

1 21 2

2 22 4

3 23 8

4 24 16

5 25 32

… … …

8 28 256

16 28 65,536

32 232 4,294,967,296

64 264 18,446,744,073,709,552,000

El uso de mas bits permite mejorar la capacidad del Hardware en una

PC, especialmente la memoria Principal (RAM).


PROCESADORES

• Un procesador de 32 bits puede controlar un máximo de 4 GB de

memoria RAM.

• 32 bits, admite, números enteros, decimales, punto flotantes,

caracteres, cadenas de caracteres, manejo de negativos y positivos,

cálculos matemáticos, gráficas en movimiento, imágenes 3D (juegos),

video, audio.

• 32 bits, equivales a manejar un total de 4,294,967,296 valores

• Esta tecnología permitió la aparición de la multitarea

• La mayoría de Sistemas Operativos están contemplados para manejar

32 bits (Windows: 95, 98,Me, 2000, XP, Vista, Seven, 8; Linux: Red

Hat, Mandriva, Devian, Fedora, Ubuntu, Kubuntu )


Page 53

PROCESADORES

Ventajas

Compatibilidad software

Compatibilidad Hardware

Grandes cálculos (imágenes 3D, video Digital)

Útil para Lenguajes de Programación

Juegos 3D.

Desventajas

Capacidad máxima de RAM - 4GB.

No soportan Sistemas Operativos 64 bits

Contagió común de Virus (32 bits)


PROCESADORES

• Un procesador de 64 bits puede controlar un máximo de 128 GB (real)

y hasta 16 ExaBytes (teoría) memoria RAM .

• 64 bits, equivale a manejar un total de 18,446,744,073,709,552,000

valores.

• Los microprocesadores de 64 bits han existido en los

superordenadores, servidores y estaciones de trabajo basadas en

RISC desde mediados de los años 1990. En 2003 empezaron a ser

introducidos masivamente en los ordenadores personales.

• Las limitaciones físicas hacen muy poco probable que se vaya a

necesitar soporte para los 16 exabytes de capacidad total. (Apple 32 GB)


10

Page 55

PROCESADORES

Ventajas

Admite Video Full-HD

Edición de Video, Audio, Imágenes alta velocidad

Mínimo ataque de virus.

Reconoce software de 32 bits (instalar)

Admite memoria RAM superior 4GB.

Juegos 3D-HD

Lenguajes de Programación – Quinta Generación

Desventajas

Incompatibilidad en ciertas versiones de software.

Necesidad de Hardware mas rápido.(RAM en teoría)


Supongamos que un procesador de 32 bits es una carretera de cuatro

carriles donde los autos (Datos/instrucciones, comandos) corren a 100 Km/h.

Un procesador de 64 bits con esos mismos autos (Datos/instrucciones, comandos)

correrían a la misma velocidad pero ahora en una autopista de ocho

carriles, con lo que podrían transitar más autos (Datos/instrucciones, comandos.) Esto

significa que pueden trabajar el doble de información en el mismo ciclo de

reloj (un hertz), pueden acceder a mayor capacidad de memoria y procesar

archivos más grandes.

PROCESADORES Analogía


Page 57

PROCESADORES EMPRESA N° Bits

4004 intel 4 bits

8080 intel 8 bits

8086 intel 16 bits

80386 - Pentium pro,

I, II, III, IV, Celeron,

Core, Dual Core

intel 32 bits

Itanium, Pentium D,

Extreme; Xeon, Core

2 Duo, Quad, i3, i5

,i7

intel 64 bits

AMx86 AMD 32 bits

K6-K6II AMD 32 bits

Athlon AMD 32, 64 Bits.

Phenom AMD 64 Bits

Fusion AMD 64 bits

PROCESADORES (32 bits - 64 bits)


Buses del

Procesador


Page 59

¿QUÉ ES UN BUS?

Un bus es un camino ó una trayectoria común a través de la cual pueden

viajar los datos dentro de una computadora: esta trayectoria se emplea para

comunicaciones y puede establecerse entre dos ó más elementos de la

computadora.

Un microprocesador tiene buses como:-Buses de Datos .- Es el camino por donde viajan los datos, es decir entre el la ALU y el

acumulador

-Buses de Control.- Es el camino por donde viajan las instrucciones antes de ser traducidas o

interpretadas; entre los registros, el acumulador y la ALU.

-Buses de Dirección.- Es el camino por donde viajan los datos procesados hacia la memoria

RAM .

Una PC tiene muchas clases de buses como:- Bus del procesador

- Bus de direcciones

- Bus de memoria

- Bus E/S

B U S E S

PROCESADORES


La finalidad del bus del procesador es la de obtener información hacia y

desde la CPU a la mayor velocidad posible, este bus opera a una

frecuencia mucho más rápida que cualquier otro bus en su sistema; aquí

no existe ningún cuello de botella. El bus consiste de circuitos eléctricos

para datos, direcciones y para fines de control.

El bus del procesador opera a la misma velocidad de reloj (internamente)

no así en forma externa. Esto puede resultar engañoso, ya que la

mayoría de las CPU’s actuales operan internamente a una velocidad

superior a como la hacen en forma externa.

Por ejemplo, un sistema Pentium III de 1 GHZ (1000 MHZ) tiene una CPU

operando de manera interna a 1000 MHZ, pero externamente sólo a 133

MHZ. La velocidad real del procesador es algún múltiplo (1.5x, 2x, 2.5x,

3.5x, …. 7.5x, etc.) del bus del procesador.

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PROCESADORES


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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 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.

Datos

Control

Dirección

La velocidad es una variable crítica de todos los procesadores. La

velocidad del bus determina el número de bits de información que el

procesador puede enviar. El ancho de banda afecta directamente la

velocidad de una computadora así como la mayor cantidad de

información que la misma puede procesar en un momento dado.

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PROCESADORES


La velocidad del procesador es la velocidad a la que procesan las

instrucciones o datos (bus interno) que provienen de la memoria. La

velocidad del bus de datos(bus externo) es la velocidad efectiva a la que se

distribuyen los datos provenientes del procesador hacia la memoria u otros

dispositivos.

Los buses actuales para los microprocesadores son comúnmente de

800MHz en adelante para la mayoría de microprocesadores en el mercado

y llegan aproximadamente hasta 1600MHZ (Intel), 2600MHz (AMD) (actualmente).

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PROCESADORES


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Los procesadores Intel Celeron y Celeron Dual, y los Pentium Dual: tienen

velocidades que oscilan entre los 1.6Ghz y los 2.8GHz con un bus de 800MHz.

Pentium Extreme de 3.20 GHz de velocidad tiene bus de 1066MHz.

Los procesadores Intel Core 2, Dual y Quad core. Poseen velocidades de reloj de

entre los 1.6 y los 3.2 GHz y un bus de 1066 a 1333MHz.

La familia de "Core i" de intel los de la gama i5 y i7, Poseen velocidades desde

los 2.6GHz hasta los 3.33GHz y Bus de Datos de 1066, 1333 o 1600MHz.

Los procesadores AMD, Athlon, Athlon X2, tienen Velocidades de reloj de entre

1.8 hasta 3.2GHz y un bus de datos de 800 MHz a 1000MHz.

Los procesadores AMD, Athlon 64, Athlon II X2, Phenom, Phenom II tienen

velocidades de reloj de entre 2.2 y 3.0GHz, con bus de 1200MHz 1600MHZ y

hasta 2600MHz.

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Caché de

Procesador


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PROCESADORESC A C H É

El sistema de memoria en realidad se refiere a varios elementos. El más

alejado del microprocesador y por lo tanto más lento y grande es el disco

duro; en este los datos e instrucciones se almacenan incluso cuando el

equipo está apagado.

Al producirse el encendido, pasan a la memoria RAM aquellos programas

que ejecutas y los datos que necesites en cada momento donde finalmente

son leídos por el procesador.

Por desgracia, la memoria RAM es un dispositivo independiente y se

necesita tiempo para acceder a ella. (retraso en nanosegundos).

La cache es la respuesta al problema de rendimiento del sistema de

memoria. Es muy pequeña y esta incluida en el interior del micro. Su

función es sencilla, conseguir que los datos más usados estén lo más cerca

del procesador para ser accedidos muy rápido.



La memoria cache, es una memoria interna que esta dentro de

microprocesador, se denomina memoria local (respecto al procesador).

La función más importante de la memoria cache es acelerar las lecturas y

escrituras del procesador al sistema de memoria principal permitiendo

ejecutar todas tus aplicaciones de una manera mucho más fluida.

Se organiza en niveles L1, L2 y L3, de menor a mayor tamaño según lo

alejada que esté del micro, si el procesador necesita un dato de la memoria

se comprueba si este se encuentra en el primer nivel. En caso de no

encontrarlo, se busca en el segundo nivel y si no en el tercero.

En comparación con la memoria RAM, la cache de algunos micros de nivel

tres, es unas mil veces más pequeña. Por suerte, los programas suelen

realizar muchas operaciones sobre los mismos datos y por lo tanto se

consiguen grandes mejoras al usar esta técnica.


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Cache Interna.- Es una memoria que esta dentro del procesador

(actualmente), conocidas como L1, L2; los primeros mainboard tenían

memorias fijas pegadas a la placa como soporte a RAM principal.

Cache Externa.- Es una memoria fuera del procesador generalmente es

la L3, no es escalable debido a que es fija y esta pegada al mainboard

(intel).

Cache de Disco.- se aloja en memoria RAM estándar, destinada a

contener los datos de disco que probablemente sean necesitados en un

futuro próximo y los que deben ser escritos ,esto permite ahorrar

nanosegundos de velocidad al momento de acceder a datos.


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Cache Virtual.- Memoria que esta en el Disco Duro, y contempla el

ultimo recurso para mejorar la velocidad de procesos, generalmente se

usa cuando las otras memorias se agotan; la desventaja es que consume

espacio en disco duro (re-lentiza el computador pero evita el fallo del

sistema)

Cache de Flash o ReadyBoost.- consiste en utilizar memorias flash

(tarjetas SD, memorias USB, discos solidos y similares) como espacio

para almacenar datos temporales, este tipo de memorias son más

veloces que un disco duro tradicional, esto no es un reemplazo para

más RAM, pues la velocidad de escritura / lectura es muy inferior , se

recomienda usar esta técnica para equipos cuya memoria principal sea

menor a 1GB.




Realizar el resumen de esta unidad

Enviar por la plataforma virtual

ACTIVIDAD


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Copyright 2015

GRACIAS

SISTEMAS


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Page 73

MICROPROCESADORES

ANEXO

Lista de procesadores con imágenes (HISTORIA):

http://es.slideshare.net/paatriciags/tabla-microprocesadores

http://es.slideshare.net/paatriciags/tabla-microprocesadores

Tema 2 microprocesadores

Engineering

Transcript of Tema 2 microprocesadores