EL PROCESADOR Y SUS GENERACIONES

EL PROCESADOR

¿Qué es un CPU?

La unidad central de procesamiento o unidad de procesamiento central (conocida por las siglas CPU, del inglés: central processing unit), es el hardware dentro de una computadora u otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones de un programa informático mediante la realización de las operaciones básicas aritméticas, lógicas y de entrada/salida del sistema. La forma, el diseño de CPU y la implementación de las CPU ha cambiado drásticamente desde los primeros ejemplos, pero su operación fundamental sigue siendo la misma.

Historia

Hubo un tiempo en que los procesadores eran constituidos por enormes maquinas que bien podrían llenar una habitación. Estos primeros pasos de la ingeniería de computación estaban principalmente constituidos por tubos de vació, que aunque para la época eran sustancialmente más potentes a las alternativas formadas por relés electromecánicos, hoy los 4 MHz que como máximo solían alcanzar.

Con la llegada de los transistores en los años 50 y los 60 los CPU comenzaron a hacerse, además de más pequeños y potentes, también mucho más confiables, puesto que las máquinas formadas por tubos de vacío tendían a presentar una falla promedio cada 8 horas.

El primer microprocesador como tal sería introducido al mercado ya para 1971, se trataba del Intel 4004, y desde entonces lo demás es historia. Con la rápida evolución de estos pequeños chips, y su gran flexibilidad, han acaparado del todo el mercado del cómputo, siendo que salvo para aplicaciones muy puntuales que requieren Hardware muy especializado, son el núcleo de casi todos los tipos de ordenador moderno.

Generaciones de los microprocesadores

 

Primer microprocesador (4004):

• Creado para una línea de calculadoras (Busicom)
• Cambio el concepto de microprocesador pasando de específico a estándar.
• Trabaja con palabras de 4 Bits

Primera Generación:

• Trabaja con palabras de 16 bits.
• Los modelos más importantes fueron el 8086 y su variante 8088.

Segunda Generación:

• Trabaja con palabras de 16 bits de extensión.
• Se fabrican dispositivos de hasta 25 MHz de velocidad.
• El modelo más importante es el 80286.

Tercera Generación:

• Trabaja con palabras de 32 bits.
• El modelo más importante es el 80386.
• Una de las ventajas de este microprocesador es el “modo de memoria protegida”, que permite ejecutar 2 o más aplicaciones al mismo tiempo.
• En esta época, finales de los 80, aparecieron los microprocesadores AMD y Cyrix.

Cuarta Generación:

• Alcanza los 133 MHz de velocidad.
• Se incorporó un bloque especial de manejo de operaciones matemáticas con punto flotante (conocido como FPU o unidad de punto flotante)
• Para garantizar un constante flujo de datos, se introdujeron unos pequeños bloques de memoria RAM de alta velocidad, conocida como Caché.
• El modelo más importante es el i486.

Quinta Generación:

• Aparecen sobre el año 1993.
• Se componen de los Pentium en cuanto a Intel, los AMD K5 y K6 y los Cyrix 6x86.
• Su principal característica es que eran capaces de ejecutar varias instrucciones en un solo ciclo de reloj
• gracias a su bus externo de 64bits.

Sexta Generación:

• Aparecen a mediados de los años 90
• Aparece el Procesador Pentium Pro y con él un nuevo concepto que incluye dos chips dentro de una sola pastilla.
• Este procesador dio lugar a los Pentium II, Pentium III y algunas versiones del Celeron.

Séptima Generación:

• AMD lanza el Athlon y supera a Intel por primera vez en la historia basando su microprocesador en mejora en cálculos y operación con coma flotante.
• Intel lanza el Pentium IV capaz de alcanzar una velocidad de reloj de 4Ghz.

Octava Generación:

• Estos procesadores acaban de aparecer y su característica principal es que aumentan las prestaciones frente a la velocidad.
• Estos procesadores trabajan con palabras de 64 bits lo cual supone un paso más en la evolución.

Partes

Ten en cuenta que no todos son iguales pero la mayoría de ellos incluyen entre otros elementos:

• ·          Núcleos.

Un núcleo no es más que un procesador en miniatura. Los procesadores modernos tienen varios de ellos lo cual hace que puedan acelerar ciertos tipos de aplicaciones y evitar bloqueos.

• ·         Controlador de memoria.

Este fue uno de los primeros elementos que se integró consiguiendo acelerar el acceso la memoria RAM. Esto tiene un inconveniente y es que sólo puedes usar el tipo de memoria para la que tu procesador esté preparado.

Esto no ha sido siempre así ya que antes el tipo de memoria que podías usar dependía de la placa base y no era raro que esta estuviera preparada para poder funcionar con varios tipos de RAM.

• ·         Tarjeta gráfica.

Si integran este componente ya no hablamos de CPUs sino de APUs. Ya no estaríamos ante un micro convencional si no ante un hibrido entre procesador y tarjeta gráfica.

• ·         Otros elementos.

Los micros han incorporado aún más funcionalidad que antes se encontraba sobre la placa base. Por ejemplo, el controlador de PCI Express, aumentando la velocidad con la que el micro es capaz de comunicarse con otros dispositivos.

El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en sí, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo por oxidación con el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplarán a su zócalo o a la placa base.

• 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.

BUS

En arquitectura de computadores, el bus (o canal) es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores además de circuitos integrados.

Funcionamiento del BUS

La función del bus 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.

Los buses definen su capacidad de acuerdo a la frecuencia máxima de envío y al ancho de los datos.

Existen dos tipos que están clasificados por el método de envío de la información:

• 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.

Bus serial

En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas. 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.

Cómo Funciona

Simplificando al extremo, y en términos didácticos, el funcionamiento de un procesador está dado por cuatro fases. Estas fases no necesariamente están siempre separadas, sino que por norma general se solapan, y siempre ocurren en simultáneo, aunque no necesariamente para una función en específico.

·         Durante la primera fase el procesador se encarga de cargar el código desde la memoria.

·         En la segunda fase ocurre la primera etapa del procesamiento como tal, la información leída en la primera fase es analizada siguiendo un juego de instrucciones (próxima sección de este articulo).

·         A continuación, viene la fase que continua con el procesamiento franco, y se encarga de ejecutar las instrucciones tomadas decodificadas dentro de la segunda fase.

·         Por último, el proceso concluye con una fase de escritura, dónde de nuevo la información es cargada, solo que esta vez desde el procesador hasta la memoria.

                               Principales arquitecturas modernas

Como ya hemos dicho, la función del procesador es interpretar información. Los datos son cargados desde los diferentes sistemas de memoria a manera de código binario, y es ese código el que debe ser procesador para ser convertido en datos útiles por las aplicaciones. La mentada interpretación se realiza mediante un juego de instrucciones, que es lo que define la arquitectura del procesador.

Respecto a qué arquitectura es mejor, desde siempre se ha dicho que por ser mucho más limpia y estar mucho mejor optimizada RISC sería el futuro de la computación. Sin embargo, Intel y AMD nunca han dado el brazo a torcer y han conseguido crear un ecosistema muy sólido alrededor de sus procesadores, que aunque estar muy contaminados de elementos de retro compatibilidad ya obsoletos, siempre se han mantenido a la altura de sus rivales.

CARACTERISTICAS DE LOS MICROPROCESADORES

El microprocesador está compuesto por:

·         Unidad de Control: Controla y coordina el funcionamiento de las partes que integran una computadora, determina que operaciones se deben realizar y en qué orden

·         Unidad Aritmética- lógica:  Realiza operaciones aritméticas (suma, resta, multiplica y divide), determina cuando un número es positivo, negativo o cero; así mismo ejecuta y realiza operaciones lógicas (comparaciones, conjunciones, disyunciones y negaciones)

·         Un grupo de registro: son los componentes más importantes de un procesador, en otras palabras, son una memoria temporal para almacenar los datos básicos que el procesador requiere

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Los procesadores se diferencian por sus características físicas y lógicas.

Características lógicas

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

2.    Capacidad de acceso a la memoria a la cantidad de memorias que pueden manejar.

3.    Velocidad de instrucciones y su velocidad de proceso.

4.    Repertorio de instrucciones a nivel de máquinas que se pueden procesar.

Características físicas

1.    Retracto de programación de la señal eléctrica: representa el tiempo que tarda la señal en tomar uno u otro valor dentro del circuito.

2.    Disipación de potencia: este valor indica el calor que genera el procesador al permanecer operativo.

3.    Abanico de salida: es la cantidad de las señales eléctricas.

4.    Márgenes de ruido: indica la fiabilidad eléctrica que contiene la información.

La constitución física de un microprocesador es pastilla envuelta en plástico de cerámica de unos pocos milímetros de una longitud que alberga en su interior gran número de transmisores de silencio. La base de un microprocesador es de silicio y sobre él están alojados los transmisores (suiches electrónicos).