PROCESADOR

INTRODUCCION

El procesador (CPU, por Central Processing Unit o Unidad Central de Procesamiento)

Es por decirlo de alguna manera, el cerebro del ordenador. Permite el procesamiento de información numérica, es decir, información ingresada en formato binario, así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria.

El primer microprocesador (Intel 4004) se inventó en 1971. Era un dispositivo de cálculo de 4 bits, con una velocidad de 108 Khz. Desde entonces, la potencia de los microprocesadores ha aumentado de manera exponencial.

Un microprocesador es un circuito electrónico integrado que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo.

Están formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor. Su componente principal son los semiconductores, principalmente silicio y germanio. Pueden llegar a tener varias decenas de millones transistores, además de otros componentes electrónicos como diodos, resistencias, condensadores... ¡todo ello en varios milímetros cuadrados!.

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FUNCIONAMIENTO

El procesador (denominado CPU, por Central Processing Unit) es un circuito electrónico que funciona a la velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a una corriente eléctrica, envía pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (también denominada ciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la placa madre.
Con cada pico de reloj, el procesador ejecuta una acción que corresponde a su vez a una instrucción o bien a una parte de ella. La medida CPI (Cycles Per Instruction o Ciclos por Instrucción) representa el número promedio de ciclos de reloj necesarios para que el microprocesador ejecute una instrucción. En consecuencia, la potencia del microprocesador puede caracterizarse por el número de instrucciones por segundo que es capaz de procesar. Los MIPS (millions of instructions per second o millones de instrucciones por segundo) son las unidades que se utilizan, y corresponden a la frecuencia del procesador dividida por el número de CPI.

INSTRUCCIONES

Una instrucción es una operación elemental que el procesador puede cumplir.. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por el procesador. Las instrucciones poseen dos campos:

• el código de operación: que representa la acción que el procesador debe ejecutar.
• el código operando: que define los parámetros de la acción. El código operando depende a su vez de la operación. Puede tratarse tanto de información como de una dirección de memoria.

El número de bits en una instrucción varía de acuerdo al tipo de información (entre 1 y 4 bytes de 8 bits).

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Las instrucciones pueden agruparse en distintas categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes:

• Acceso a Memoria: acceso a la memoria o transferencia de información entre registros.
• Operaciones Aritméticas: operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación.
• Operaciones Lógicas: operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc.
• Control: controles de secuencia, conexiones condicionales, etc.
  

REGISTROS

Cuando el procesador ejecuta instrucciones, la información almacena en forma temporal en pequeñas ubicaciones de memoria local de 8, 16, 32 o 64 bits, denominadas registros. Dependiendo del tipo de procesador, el número total de registros puede variar de 10 a varios cientos.

Los registros más importantes son:

• El registro acumulador (ACC), que almacena los resultados de las operaciones aritméticas y lógicas.
  
• El registro de estado (PSW, Processor Estado: Word o Palabra de Estado del Procesador),que contiene los indicadores de estado del sistema (lleva dígitos, desbordamientos, etc.).

• El registro de instrucción (RI), que contiene la instrucción que está siendo procesada actualmente.
  
• El contador ordinal (OC o PC por Program Counter, Contador de Programa), que contiene la dirección de la siguiente instrucción a procesar.
  
• El registro del búfer, que almacena información en forma temporal desde la memoria.
  
  CARACTERÍSTICAS DE UN PROCESADOR
  
  · CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO: viene determinada por el juego de instrucciones de que dispone y por la amplitud del bus de datos (de 8, 16 o 32 bits, por ejemplo)
  
  · CAPACIDAD DE MANIPULAR GRAN CANTIDAD DE MEMORIA: que viene determinada por la amplitud del bus de direcciones
  
  · VELOCIDAD DE PROCESAMIENTO: depende del ciclo del reloj y también de la amplitud del bus de datos. La velocidad de un procesador se mide en Mega hertzios (MHz).

UNIDADES FUNCIONALES

El procesador se compone de un grupo de unidades interrelacionadas (o unidades de control). Aunque la arquitectura del microprocesador varía considerablemente de un diseño a otro, los elementos principales del microprocesador son los siguientes:

1. Una unidad de control que vincula la información entrante para luego decodificarla y enviarla a la unidad de ejecución:La unidad de control se compone de los siguientes elementos:

• secuenciador (o unidad lógica y de supervisión ), que sincroniza la ejecución de la instrucción con la velocidad de reloj. También envía señales de control.
• contador ordinal, que contiene la dirección de la instrucción que se está ejecutando actualmente.
• registro de instrucción, que contiene la instrucción siguiente.
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  2.Una unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas que se lasigna la unidad de instrucción. La unidad de ejecución se compone de los siguientes elementos.

• la unidad aritmética lógica (se escribe ALU); sirve para la ejecución de cálculos aritméticos básicos y funciones lógicas (Y, O, O EXCLUSIVO, etc.).
• la unidad de punto flotante (se escribe FPU), que ejecuta cálculos complejos parciales que la unidad aritmética lógica no puede realizar.
• el registro de estado.
• el registro acumulador.

3-Una unidad de administración del bus (o unidad de entrada-salida) que administra el flujo de información entrante y saliente, y que se encuentra interconectado con el sistema RAM;
El siguiente diagrama suministra una representación simplificada de los elementos que componen el procesador (la distribución física de los elementos es diferente a la disposición).