EL MICROPROCESADOR
ÍNDICE
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Introducción
Estructura Von Neumann
Arquitectura
Reloj
Memoria caché
Núcleo o core
Unidad de coma flotante
Zócalos del microprocesador
Interrupciones
Averías del microprocesador
Fabricación de un microprocesador
Montaje y desmontaje del microprocesador
Introducción
• El microprocesador o CPU (Central Process Unit)
se podrían comparar sus funciones con las de un
director y su orquesta. Como director, obtendría
las partituras (las instrucciones de un programa).
Como orquesta, interpretaría y ejecutaría dichas
partituras (en nuestro caso, la interpretación y
ejecución de las instrucciones del programa).
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Estructura Von Neumann
• La estructura de Von Neumann es la estructura
básica de los ordenadores y consta de las
siguientes partes: CPU (Central Process Unit),
memoria principal y unidades de entrada y salida.
• La CPU ejecuta las instrucciones del programa de
manera secuencial. Las instrucciones son las
órdenes que se dan para realizar una operación, y
son presentadas con números binarios. Todas las
instrucciones que pueden ser interpretadas por el
ordenador se conocen como código de máquina
o lenguaje de máquina.
• La CPU está formada su vez por:
- La UC (Unidad de Control)
- La ALU (Unidad Aritmético Lógica)
- Los registros
- Los buses internos
La Unidad de Control
• La unidad de control tiene dos funciones:
– Se encarga de decodificar los códigos de
operación.
– Se encarga de temporizar las operaciones
necesarias para ejecutar las instrucciones y
controla el secuenciamiento de las instrucciones
en función de la evolución del registro contador
de programa.
• Hay dos tipos de unidades de control:
- Unidad de control cableada: Esta formada por
flip-flops, puertas lógicas, codificadores,
decodificadores, contadores, etc. Utiliza una
arquitectura de tipo RISC (que veremos más
adelante).
- Unidad de control microprogramada: Es más
lenta que la unidad de control cableada pero permite
utilizar instrucciones más potentes y flexibles. Su
principal ventaja es la simplicidad de su estructura.
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La Unidad Aritmético Lógica
• Se encarga de realizar un conjunto de
operaciones aritméticas básicas (sumas, restas,
multiplicaciones, divisiones) y operaciones lógicas
(OR, NOT, AND, etc)
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Los registros
• Los registros son memorias de poca capacidad y alta
velocidad que permite guardar transitoriamente y acceder
a valores muy usados (sobretodo operaciones
matemáticas). Cuantos más registros contenga el
microprocesador, menos tiene que acudir este a la
memoria principal.
• El contador de programa es un registro del
microprocesador de un computador que indica la posición
donde está el procesador en su secuencia de instrucciones
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Los buses internos
• Es el conjunto de pistas que comunican todos los
elementos de la CPU.
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Esquema modelo Von Neuman
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Arquitectura
• Las instrucciones que más se utilizan son las
instrucciones de registros por lo que los
fabricantes diseñan las arquitecturas del
microprocesador según se administren los
registros.
• Según lo anterior se pueden diferenciar dos
arquitecturas:
- La arquitectura CISC
- La arquitectura RISC
Arquitectura CISC
• CISC (Complex Instruction Set Code): En este tipo
de arquitectura se utilizan instrucciones muy
complejas por lo que el microprocesador tiene
que realizar varios accesos a la memoria. Para la
ejecución de las instrucciones se necesitan varios
ciclos de reloj, lo que hace que sea más lento el
ordenador.
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Arquitectura RISC
• RISC (Reduced Instruction Set Code): Este tipo de
aruitectura es el que actualmente se utiliza en los
microprocesdore. En este tipo de arquitectura se
utilizan instrucciones más sencillas que se
pueden realizar en un solo ciclo de reloj.
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Reloj
• Cada vez que al microprocesador le llega un
impulso de reloj, este ejecuta las órdenes de cada
momento. Esto sirve para que las órdenes se
ejecuten de manera ordenada. L frecuencia del
reloj se mide en Hertzios (Hz).
• Por ejemplo el Intel core i7 tiene una velocidad
de reloj de 3,33 GHz.
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Memoria caché
• La memoria caché es un memoria volátil de
gran velocidad en la que se almacenan una
serie de datos para su rápido acceso.
• Su función es la de almacenar instrucciones y
datos a los que el microprocesador esta
continuamente accediendo. Par que el
microprocesador tenga un buen rendimiento
tiene que haber un acceso rápido y fluido.
• Existen tres tipos de memoria caché:
- La memoria caché interna
- La memoria caché externa
- La memoria caché de tercer nivel
Memoria caché interna
• Memoria cache interna (también denominada
primaria, de primer nivel o L1): Esta memoria
está situada dentro del microprocesador y
contiene los datos que más utiliza el
microprocesador. Estas memorias están
diseñadas para eliminar el tiempo que se perdía
en los accesos al exterior.
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Memoria caché externa
• Memoria cache externa (también denominada de
segundo nivel o L2): Esta memoria esta diseñada
para evitar el acceso a las memorias RAM que
son más lentas.
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Memoria caché de tercer nivel
• Memoria cache de tercer nivel (también
denominada L3): Esta memoria es muy poco
utilizada en la actualidad. Es una memoria más
lenta que la memoria cache interna y la memoria
cache externa pero sigue siendo más rápida que
la memoria RAM.
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Núcleo o core
• El núcleo es la parte más importante del
microprocesador. El microprocesador esta formado por
la ALU, la UC, los registros y los buses internos.
• Intel desarrollo la tecnología HyperThredind que se
trata básicamente de simular dos microprocesadores
lógicos dentro de un solo microprocesador físico,
ejecutando varios subprocesos en paralelo.
• En la actualidad existe el microprocesador core i7 que
incluye 4 núcleos más 4 threads o núcleos virtuales.
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Unidad de coma flotante
• La unidad de coma flotante se encarga de realizar
operaciones aritméticas en coma flotante
(desplaza la coma a cualquier posición de un
número). Mientras la unidad de coma flotante
esta trabajando, la ALU queda libre para realizar
otras operaciones
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Zócalos del microprocesador
• La principal función de los zócalos es el de
conectar los microprocesadores.
• Existen dos tipos de zócalos para el
microprocesador:
- Socket
- Slot
Socket
• Este tipo de zócalo es cuadrado con pequeños
orificios donde se conecta el microprocesador. El
zócalo de tipo socket es el más utilizado
actualmente.
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Slot
• Este tipo de zócalo tiene forma de ranura
alargada. Algunos ejemplos de
microprocesadores que se conectan son el
Pentium II y el Pentium III.
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Interrupciones
• Las interrupciones paran la tarea que esté
realizando el microprocesador para poder
ocuparse de otra tarea más importante y
después volver a la que se estaba realizando
anteriormente.
• Existen tres tipos de interrupciones:
- Interrupciones de hardware
- Interrupciones de software
- Interrupciones trampa
Interrupciones de hardware
• Este tipo de interrupciones es producido por
causas externas al microprocesador, están
producidas por dispositivos hardware.
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Interrupciones de software
• Estas interrupciones están producidas por la
ejecución de operaciones no permitidas, el
desbordamiento, el acceso a una posición de
memoria no permitida, etc.
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Interrupciones trampa
• Son iguales que las interrupciones de software
pero estas son provocadas por fallos del
programador y las interrupciones de software son
producidas por un fallo al programar.
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Averías del microprocesador
• Las principales causas para que un
microprocesador se averíe son que la frecuencia
de trabajo no es adecuada o la falta de
ventilación, pero puede haber más causas:
– El ordenador no arranca y el microprocesador se
calienta:
Esto puede suceder por varias razones que el
microprocesador necesite 3,3V pero este alimentado a
5V, porque falle la placa base o el zócalo o porque no
este bien insertado el microprocesador en el zócalo.
– El ordenador no arranca y el micro no se calienta:
Esto sucede por lo contrario que la anterior
avería, o sea, que el microprocesador necesite 5V
pero este alimentado a 3,3V.
– El ordenador se bloquea:
Esto sucede porque el microprocesador este
trabajando a una frecuencia inadecuada.
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Fabricación de un microprocesador
• http://www.youtube.com/watch?v=LzCuW39Tna
8
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Montaje y desmontaje del
microprocesador
• http://www.youtube.com/watch?v=zL3FVkWlOVM&NR
=1
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