Copyright © 2014-2019

Onubaelectrónica.es

.

Todos los derechos Reservados. -

Información Legal

.

El Procesador (CPU)

OnubaElectrónica

Aprendes fácilmente!

Síguenos

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 un ordenador 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. El término, y su acrónimo, han estado en uso en la industria de la Informática por lo menos desde el principio de los años 1960.1​ 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. Un ordenador puede tener más de una CPU; esto se llama multiprocesamiento. Todas las CPU modernas son microprocesadores, lo que significa que contienen un solo circuito integrado (chip). Algunos circuitos integrados pueden contener varias CPU en un solo chip; estos son denominados procesadores multinúcleo. Un circuito integrado que contiene una CPU también puede contener los dispositivos periféricos, y otros componentes de un sistema informático; a esto se llama un sistema en un chip (SoC). Dos componentes típicos de una CPU son la unidad aritmético lógica (ALU), que realiza operaciones aritméticas y lógicas, y la unidad de control (CU), que extrae instrucciones de la memoria, las decodifica y las ejecuta, llamando a la ALU cuando sea necesario. No todos los sistemas computacionales se basan en una unidad central de procesamiento. Una matriz de procesador o procesador vectorial tiene múltiples elementos cómputo paralelo, sin una unidad considerada el "centro". En el modelo de computación distribuido, se resuelven problemas mediante un conjunto interconectado y distribuido de procesadores. En la década de 1970 los inventos fundamentales de Federico Faggin (ICs Silicon Gate MOS con puertas autoalineadas junto con su nueva metodología de diseño de lógica aleatoria) cambió el diseño e implementación de las CPU para siempre. Desde la introducción del primer microprocesador comercialmente disponible, el Intel 4004, en 1970 y del primer microprocesador ampliamente usado, el Intel 8080, en 1974, esta clase de CPU ha desplazado casi totalmente el resto de los métodos de implementación de la Unidad Central de procesamiento. Los fabricantes de mainframes y miniordenadores de ese tiempo lanzaron programas de desarrollo de IC propietarios para actualizar sus arquitecturas de computadoras más viejas y eventualmente producir microprocesadores con conjuntos de instrucciones que eran retrocompatibles con sus hardwares y softwares más viejos. Combinado con el advenimiento y el eventual vasto éxito de la ahora ubicua computadora personal, el término "CPU" es aplicado ahora casi exclusivamentenota 1​ a los microprocesadores. Las generaciones previas de CPU fueron implementadas como componentes discretos y numerosos circuitos integrados de pequeña escala de integración en una o más tarjetas de circuitos. Por otro lado, los microprocesadores son CPU fabricados con un número muy pequeño de IC; usualmente solo uno. El tamaño más pequeño del CPU, como resultado de estar implementado en una simple pastilla, significa tiempos de conmutación más rápidos debido a factores físicos como el decrecimiento de la capacitancia parásita de las puertas. Esto ha permitido que los microprocesadores síncronos tengan tiempos de reloj con un rango de decenas de megahercios a varios gigahercios. Adicionalmente, como ha aumentado la capacidad de construir transistores excesivamente pequeños en un IC, la complejidad y el número de transistores en un simple CPU también se ha incrementado dramáticamente. Esta tendencia ampliamente observada es descrita por la ley de Moore, que ha demostrado hasta la fecha, ser una predicción bastante exacta del crecimiento de la complejidad de los CPUs y otros IC. Mientras que, en los pasados sesenta años han cambiado drásticamente, la complejidad, el tamaño, la construcción y la forma general de la CPU, es notable que el diseño y el funcionamiento básico no ha cambiado demasiado. Casi todos los CPU comunes de hoy se pueden describir con precisión como máquinas de programa almacenado de von Neumann.nota 2​ A medida que la ya mencionada ley del Moore continúa manteniéndose verdadera,6​ se han presentado preocupaciones sobre los límites de la tecnología de transistor del circuito integrado. La miniaturización extrema de puertas electrónicas está causando los efectos de fenómenos que se vuelven mucho más significativos, como la electromigración y el subumbral de pérdida. Estas nuevas preocupaciones están entre los muchos factores que hacen a investigadores estudiar nuevos métodos de computación como la computación cuántica, así como ampliar el uso de paralelismo y otros métodos que extienden la utilidad del modelo clásico de von Neumann. Estructura interna del Micro-Procesador. El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencial mente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases. Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual. En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes: Puerto de E/S. Memoria cache. Coprocesador matemático. Registros. Memoria. Puertos. Arquitectura de un procesador. El procesador se compone de un grupo de unidades interrelación (o unidades de control). Aunque la arquitectura del microprocesador varía considerablemente de un diseño a otro, los elementos principales del microprocesador son los siguientes: 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: Secuenciado (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 a ejecutar. Unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas que le asigna la unidad de instrucción. La unidad de ejecución se compone de los siguientes elementos: La unidad aritmética lógica (ULA) , 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 . 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): UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA (ALU). ALU o mejor conocida como unidad aritmética lógica es aquella que le permite al computador procesar los datos numéricos que se le ingresan es decir operaciones básicas como lo son suma resta multiplicación y división pero no solo estas también operaciones de tipo científico pero adicional a esto los datos introducidos en el computador se utilizan como base para operaciones de todo tipo aritméticos y lógicos ademas la ALU contiene registros especiales y de uso general donde procesa la información antes y después de su uso para luego ser almacenado en la memoria central ,que es la zona de almacenamiento de gran capacidad, se guardan aquí tanto datos como programas ejecutables. UNIDAD DE PUNTO FLOTANTE (FPU). La unidad del punto flotante es una unidad de ejecución dedicada, diseñada para realizar las funciones matemáticas con números del punto flotante. Un número del punto flotante es cualquier número continuo, esto es no entero; cualquier número que requiere un punto decimal para ser representado es un número del punto flotante. Los enteros (y los datos almacenaron como enteros) se procesan usando la unidad de ejecución entera. Al hablar de Punto Flotante se describe una manera de expresar los valores, no como un tipo matemáticamente definido del número tal como un número entero, número racional, o número real. La esencia de un número de punto flotante es que su punto “flota entre un número predefinido de dígitos significativos, igual a la notación científica, donde el punto decimal puede moverse entre diferentes posiciones del número. UNIDAD DE CONTROL (UC). La unidad de control el elemento que se encarga de sincronizar las acciones que realiza cada una de las unidades funcionales de un computador. Las funciones de la unidad de control son básicamente dos. Interpretación de las instrucciones: La unidad de control debe ser capaz de decodificar los códigos de operación y los modos de direccionamiento de las instrucciones y actuar de forma diferente para cada uno de ellos. Secuenciamiento de las operaciones: La unidad de control se encarga de la temporización de las distintas operaciones necesarias para la ejecución de cada instrucción. también debe controlar el secuencianamiento de las instrucciones en función de la evolución del registro contador de programa. La función principal de la unidad de control de la UCP es dirigir la secuencia de pasos de modo que la computadora lleve a cabo un ciclo completo de ejecución de una instrucción, y hacer esto con todas las instrucciones de que conste el programa. Los pasos para ejecutar una instrucción cualquiera son los siguientes: 1 . Ir a la memoria y extraer el código de la siguiente instrucción (que estará en la siguiente celda de memoria por leer). Este paso se llama ciclo de fetch en la literatura computacional (to fetch significa traer, ir por). 2 . Decodificar la instrucción recién leída (determinar de que instrucción se trata). 3 . Ejecutar la instrucción. 4 . Prepararse para leer la siguiente casilla de memoria (que contendrá la siguiente instrucción), y volver al paso 1 para continuar. UNIDAD DE INTERFAZ EN EL BUS. La unidad de interfaz del bus o unidad E/S, es la parte del procesador que se une con el resto de la PC. Debe su nombre al hecho de que realiza los movimientos de datos hacia el bus de datos del procesador, el primer conducto en la transferencia de información hacia y desde el CPU. La BIU es la responsable de responder a todas las señales que van al procesador, y de generar todas las señales que van del procesador a las demás partes del sistema. También sirve de paso a las instrucciones de programa y los datos para que éstos puedan alcanzar los registros de la unidad de control y de la ALU. La BIU sincroniza los niveles de las señales de la circuitería interna del microprocesador con los de los otros componentes dentro de la PC. Los circuitos internos de un microprocesador, por ejemplo, se diseñan para consumir poca electricidad de modo que puedan funcionar más rápidamente y evitar el calentamiento excesivo. Estos circuitos internos delicados no pueden manejar los voltajes más altos necesarios para los componentes externos. Por lo tanto, cada señal que sale del microprocesador pasa a través de un buffer de señal intermedio en la BIU que incrementa su voltaje.

CPU Intel

Estructura Interna típica de una CPU

Arquitectura de la CPU

Diagrama de Unidad Aritmética Lógica (ALU)

Diagrama de Unidad Punto Flotante (

FPU

)

Diagrama de Unidad Control (

UC

)

Conexionados de Unidad Interfaz en el

BUS

Diagrama de Unidad Interfaz en el

BUS

Invitado
Hola

Copyright © 2014-2019 Onubaelectrónica.es.

El Procesador

(CPU)

OnubaElectrónica

Aprendes fácilmente!

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 un ordenador 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. El término, y su acrónimo, han estado en uso en la industria de la Informática por lo menos desde el principio de los años 1960.1​ 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. Un ordenador puede tener más de una CPU; esto se llama multiprocesamiento. Todas las CPU modernas son microprocesadores, lo que significa que contienen un solo circuito integrado (chip). Algunos circuitos integrados pueden contener varias CPU en un solo chip; estos son denominados procesadores multinúcleo. Un circuito integrado que contiene una CPU también puede contener los dispositivos periféricos, y otros componentes de un sistema informático; a esto se llama un sistema en un chip (SoC). Dos componentes típicos de una CPU son la unidad aritmético lógica (ALU), que realiza operaciones aritméticas y lógicas, y la unidad de control (CU), que extrae instrucciones de la memoria, las decodifica y las ejecuta, llamando a la ALU cuando sea necesario. No todos los sistemas computacionales se basan en una unidad central de procesamiento. Una matriz de procesador o procesador vectorial tiene múltiples elementos cómputo paralelo, sin una unidad considerada el "centro". En el modelo de computación distribuido, se resuelven problemas mediante un conjunto interconectado y distribuido de procesadores. En la década de 1970 los inventos fundamentales de Federico Faggin (ICs Silicon Gate MOS con puertas autoalineadas junto con su nueva metodología de diseño de lógica aleatoria) cambió el diseño e implementación de las CPU para siempre. Desde la introducción del primer microprocesador comercialmente disponible, el Intel 4004, en 1970 y del primer microprocesador ampliamente usado, el Intel 8080, en 1974, esta clase de CPU ha desplazado casi totalmente el resto de los métodos de implementación de la Unidad Central de procesamiento. Los fabricantes de mainframes y miniordenadores de ese tiempo lanzaron programas de desarrollo de IC propietarios para actualizar sus arquitecturas de computadoras más viejas y eventualmente producir microprocesadores con conjuntos de instrucciones que eran retrocompatibles con sus hardwares y softwares más viejos. Combinado con el advenimiento y el eventual vasto éxito de la ahora ubicua computadora personal, el término "CPU" es aplicado ahora casi exclusivamentenota 1​ a los microprocesadores. Las generaciones previas de CPU fueron implementadas como componentes discretos y numerosos circuitos integrados de pequeña escala de integración en una o más tarjetas de circuitos. Por otro lado, los microprocesadores son CPU fabricados con un número muy pequeño de IC; usualmente solo uno. El tamaño más pequeño del CPU, como resultado de estar implementado en una simple pastilla, significa tiempos de conmutación más rápidos debido a factores físicos como el decrecimiento de la capacitancia parásita de las puertas. Esto ha permitido que los microprocesadores síncronos tengan tiempos de reloj con un rango de decenas de megahercios a varios gigahercios. Adicionalmente, como ha aumentado la capacidad de construir transistores excesivamente pequeños en un IC, la complejidad y el número de transistores en un simple CPU también se ha incrementado dramáticamente. Esta tendencia ampliamente observada es descrita por la ley de Moore, que ha demostrado hasta la fecha, ser una predicción bastante exacta del crecimiento de la complejidad de los CPUs y otros IC. Mientras que, en los pasados sesenta años han cambiado drásticamente, la complejidad, el tamaño, la construcción y la forma general de la CPU, es notable que el diseño y el funcionamiento básico no ha cambiado demasiado. Casi todos los CPU comunes de hoy se pueden describir con precisión como máquinas de programa almacenado de von Neumann.nota 2​ A medida que la ya mencionada ley del Moore continúa manteniéndose verdadera,6​ se han presentado preocupaciones sobre los límites de la tecnología de transistor del circuito integrado. La miniaturización extrema de puertas electrónicas está causando los efectos de fenómenos que se vuelven mucho más significativos, como la electromigración y el subumbral de pérdida. Estas nuevas preocupaciones están entre los muchos factores que hacen a investigadores estudiar nuevos métodos de computación como la computación cuántica, así como ampliar el uso de paralelismo y otros métodos que extienden la utilidad del modelo clásico de von Neumann. Estructura interna del Micro-Procesador. El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencial mente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases. Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual. En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes: Puerto de E/S. Memoria cache. Coprocesador matemático. Registros. Memoria. Puertos. Arquitectura de un procesador. El procesador se compone de un grupo de unidades interrelación (o unidades de control). Aunque la arquitectura del microprocesador varía considerablemente de un diseño a otro, los elementos principales del microprocesador son los siguientes: 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: Secuenciado (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 a ejecutar. Unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas que le asigna la unidad de instrucción. La unidad de ejecución se compone de los siguientes elementos: La unidad aritmética lógica (ULA) , 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 . 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): UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA (ALU). ALU o mejor conocida como unidad aritmética lógica es aquella que le permite al computador procesar los datos numéricos que se le ingresan es decir operaciones básicas como lo son suma resta multiplicación y división pero no solo estas también operaciones de tipo científico pero adicional a esto los datos introducidos en el computador se utilizan como base para operaciones de todo tipo aritméticos y lógicos ademas la ALU contiene registros especiales y de uso general donde procesa la información antes y después de su uso para luego ser almacenado en la memoria central ,que es la zona de almacenamiento de gran capacidad, se guardan aquí tanto datos como programas ejecutables. UNIDAD DE PUNTO FLOTANTE (FPU). La unidad del punto flotante es una unidad de ejecución dedicada, diseñada para realizar las funciones matemáticas con números del punto flotante. Un número del punto flotante es cualquier número continuo, esto es no entero; cualquier número que requiere un punto decimal para ser representado es un número del punto flotante. Los enteros (y los datos almacenaron como enteros) se procesan usando la unidad de ejecución entera. Al hablar de Punto Flotante se describe una manera de expresar los valores, no como un tipo matemáticamente definido del número tal como un número entero, número racional, o número real. La esencia de un número de punto flotante es que su punto “flota entre un número predefinido de dígitos significativos, igual a la notación científica, donde el punto decimal puede moverse entre diferentes posiciones del número. UNIDAD DE CONTROL (UC). La unidad de control el elemento que se encarga de sincronizar las acciones que realiza cada una de las unidades funcionales de un computador. Las funciones de la unidad de control son básicamente dos. Interpretación de las instrucciones: La unidad de control debe ser capaz de decodificar los códigos de operación y los modos de direccionamiento de las instrucciones y actuar de forma diferente para cada uno de ellos. Secuenciamiento de las operaciones: La unidad de control se encarga de la temporización de las distintas operaciones necesarias para la ejecución de cada instrucción. también debe controlar el secuencianamiento de las instrucciones en función de la evolución del registro contador de programa. La función principal de la unidad de control de la UCP es dirigir la secuencia de pasos de modo que la computadora lleve a cabo un ciclo completo de ejecución de una instrucción, y hacer esto con todas las instrucciones de que conste el programa. Los pasos para ejecutar una instrucción cualquiera son los siguientes: 1 . Ir a la memoria y extraer el código de la siguiente instrucción (que estará en la siguiente celda de memoria por leer). Este paso se llama ciclo de fetch en la literatura computacional (to fetch significa traer, ir por). 2 . Decodificar la instrucción recién leída (determinar de que instrucción se trata). 3 . Ejecutar la instrucción. 4 . Prepararse para leer la siguiente casilla de memoria (que contendrá la siguiente instrucción), y volver al paso 1 para continuar. UNIDAD DE INTERFAZ EN EL BUS. La unidad de interfaz del bus o unidad E/S, es la parte del procesador que se une con el resto de la PC. Debe su nombre al hecho de que realiza los movimientos de datos hacia el bus de datos del procesador, el primer conducto en la transferencia de información hacia y desde el CPU. La BIU es la responsable de responder a todas las señales que van al procesador, y de generar todas las señales que van del procesador a las demás partes del sistema. También sirve de paso a las instrucciones de programa y los datos para que éstos puedan alcanzar los registros de la unidad de control y de la ALU. La BIU sincroniza los niveles de las señales de la circuitería interna del microprocesador con los de los otros componentes dentro de la PC. Los circuitos internos de un microprocesador, por ejemplo, se diseñan para consumir poca electricidad de modo que puedan funcionar más rápidamente y evitar el calentamiento excesivo. Estos circuitos internos delicados no pueden manejar los voltajes más altos necesarios para los componentes externos. Por lo tanto, cada señal que sale del microprocesador pasa a través de un buffer de señal intermedio en la BIU que incrementa su voltaje.

CPU Intel

Estructura Interna típica de una CPU

Arquitectura de la CPU

Diagrama de Unidad Aritmética Lógica (ALU)

Diagrama de Unidad Punto Flotante (FPU)

Diagrama de Unidad Control (UC)

Conexionados de Unidad Interfaz en el BUS

Todos los derechos Reservados. - Información Legal.

diagrama estructura Interna de la CPU

Diagrama de Unidad Interfaz en el BUS

Hola
Invitado

OnubaElectrónica

Aprendes fácilmente!

Copyright © 2014-2019 Onubaelectrónica.es.

Todos los derechos Reservados. - Información Legal.

El Procesador

(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 un ordenador 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. El término, y su acrónimo, han estado en uso en la industria de la Informática por lo menos desde el principio de los años 1960.1​ 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. Un ordenador puede tener más de una CPU; esto se llama multiprocesamiento. Todas las CPU modernas son microprocesadores, lo que significa que contienen un solo circuito integrado (chip). Algunos circuitos integrados pueden contener varias CPU en un solo chip; estos son denominados procesadores multinúcleo. Un circuito integrado que contiene una CPU también puede contener los dispositivos periféricos, y otros componentes de un sistema informático; a esto se llama un sistema en un chip (SoC). Dos componentes típicos de una CPU son la unidad aritmético lógica (ALU), que realiza operaciones aritméticas y lógicas, y la unidad de control (CU), que extrae instrucciones de la memoria, las decodifica y las ejecuta, llamando a la ALU cuando sea necesario. No todos los sistemas computacionales se basan en una unidad central de procesamiento. Una matriz de procesador o procesador vectorial tiene múltiples elementos cómputo paralelo, sin una unidad considerada el "centro". En el modelo de computación distribuido, se resuelven problemas mediante un conjunto interconectado y distribuido de procesadores. En la década de 1970 los inventos fundamentales de Federico Faggin (ICs Silicon Gate MOS con puertas autoalineadas junto con su nueva metodología de diseño de lógica aleatoria) cambió el diseño e implementación de las CPU para siempre. Desde la introducción del primer microprocesador comercialmente disponible, el Intel 4004, en 1970 y del primer microprocesador ampliamente usado, el Intel 8080, en 1974, esta clase de CPU ha desplazado casi totalmente el resto de los métodos de implementación de la Unidad Central de procesamiento. Los fabricantes de mainframes y miniordenadores de ese tiempo lanzaron programas de desarrollo de IC propietarios para actualizar sus arquitecturas de computadoras más viejas y eventualmente producir microprocesadores con conjuntos de instrucciones que eran retrocompatibles con sus hardwares y softwares más viejos. Combinado con el advenimiento y el eventual vasto éxito de la ahora ubicua computadora personal, el término "CPU" es aplicado ahora casi exclusivamentenota 1​ a los microprocesadores. Las generaciones previas de CPU fueron implementadas como componentes discretos y numerosos circuitos integrados de pequeña escala de integración en una o más tarjetas de circuitos. Por otro lado, los microprocesadores son CPU fabricados con un número muy pequeño de IC; usualmente solo uno. El tamaño más pequeño del CPU, como resultado de estar implementado en una simple pastilla, significa tiempos de conmutación más rápidos debido a factores físicos como el decrecimiento de la capacitancia parásita de las puertas. Esto ha permitido que los microprocesadores síncronos tengan tiempos de reloj con un rango de decenas de megahercios a varios gigahercios. Adicionalmente, como ha aumentado la capacidad de construir transistores excesivamente pequeños en un IC, la complejidad y el número de transistores en un simple CPU también se ha incrementado dramáticamente. Esta tendencia ampliamente observada es descrita por la ley de Moore, que ha demostrado hasta la fecha, ser una predicción bastante exacta del crecimiento de la complejidad de los CPUs y otros IC. Mientras que, en los pasados sesenta años han cambiado drásticamente, la complejidad, el tamaño, la construcción y la forma general de la CPU, es notable que el diseño y el funcionamiento básico no ha cambiado demasiado. Casi todos los CPU comunes de hoy se pueden describir con precisión como máquinas de programa almacenado de von Neumann.nota 2​ A medida que la ya mencionada ley del Moore continúa manteniéndose verdadera,6​ se han presentado preocupaciones sobre los límites de la tecnología de transistor del circuito integrado. La miniaturización extrema de puertas electrónicas está causando los efectos de fenómenos que se vuelven mucho más significativos, como la electromigración y el subumbral de pérdida. Estas nuevas preocupaciones están entre los muchos factores que hacen a investigadores estudiar nuevos métodos de computación como la computación cuántica, así como ampliar el uso de paralelismo y otros métodos que extienden la utilidad del modelo clásico de von Neumann. Estructura interna del Micro-Procesador. El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencial mente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases. Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual. En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes: Puerto de E/S. Memoria cache. Coprocesador matemático. Registros. Memoria. Puertos. Arquitectura de un procesador. El procesador se compone de un grupo de unidades interrelación (o unidades de control). Aunque la arquitectura del microprocesador varía considerablemente de un diseño a otro, los elementos principales del microprocesador son los siguientes: 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: Secuenciado (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 a ejecutar. Unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas que le asigna la unidad de instrucción. La unidad de ejecución se compone de los siguientes elementos: La unidad aritmética lógica (ULA) , 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 . 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): UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA (ALU). ALU o mejor conocida como unidad aritmética lógica es aquella que le permite al computador procesar los datos numéricos que se le ingresan es decir operaciones básicas como lo son suma resta multiplicación y división pero no solo estas también operaciones de tipo científico pero adicional a esto los datos introducidos en el computador se utilizan como base para operaciones de todo tipo aritméticos y lógicos ademas la ALU contiene registros especiales y de uso general donde procesa la información antes y después de su uso para luego ser almacenado en la memoria central ,que es la zona de almacenamiento de gran capacidad, se guardan aquí tanto datos como programas ejecutables. UNIDAD DE PUNTO FLOTANTE (FPU). La unidad del punto flotante es una unidad de ejecución dedicada, diseñada para realizar las funciones matemáticas con números del punto flotante. Un número del punto flotante es cualquier número continuo, esto es no entero; cualquier número que requiere un punto decimal para ser representado es un número del punto flotante. Los enteros (y los datos almacenaron como enteros) se procesan usando la unidad de ejecución entera. Al hablar de Punto Flotante se describe una manera de expresar los valores, no como un tipo matemáticamente definido del número tal como un número entero, número racional, o número real. La esencia de un número de punto flotante es que su punto “flota entre un número predefinido de dígitos significativos, igual a la notación científica, donde el punto decimal puede moverse entre diferentes posiciones del número. UNIDAD DE CONTROL (UC). La unidad de control el elemento que se encarga de sincronizar las acciones que realiza cada una de las unidades funcionales de un computador. Las funciones de la unidad de control son básicamente dos. Interpretación de las instrucciones: La unidad de control debe ser capaz de decodificar los códigos de operación y los modos de direccionamiento de las instrucciones y actuar de forma diferente para cada uno de ellos. Secuenciamiento de las operaciones: La unidad de control se encarga de la temporización de las distintas operaciones necesarias para la ejecución de cada instrucción. también debe controlar el secuencianamiento de las instrucciones en función de la evolución del registro contador de programa. La función principal de la unidad de control de la UCP es dirigir la secuencia de pasos de modo que la computadora lleve a cabo un ciclo completo de ejecución de una instrucción, y hacer esto con todas las instrucciones de que conste el programa. Los pasos para ejecutar una instrucción cualquiera son los siguientes: 1 . Ir a la memoria y extraer el código de la siguiente instrucción (que estará en la siguiente celda de memoria por leer). Este paso se llama ciclo de fetch en la literatura computacional (to fetch significa traer, ir por). 2 . Decodificar la instrucción recién leída (determinar de que instrucción se trata). 3 . Ejecutar la instrucción. 4 . Prepararse para leer la siguiente casilla de memoria (que contendrá la siguiente instrucción), y volver al paso 1 para continuar. UNIDAD DE INTERFAZ EN EL BUS. La unidad de interfaz del bus o unidad E/S, es la parte del procesador que se une con el resto de la PC. Debe su nombre al hecho de que realiza los movimientos de datos hacia el bus de datos del procesador, el primer conducto en la transferencia de información hacia y desde el CPU. La BIU es la responsable de responder a todas las señales que van al procesador, y de generar todas las señales que van del procesador a las demás partes del sistema. También sirve de paso a las instrucciones de programa y los datos para que éstos puedan alcanzar los registros de la unidad de control y de la ALU. La BIU sincroniza los niveles de las señales de la circuitería interna del microprocesador con los de los otros componentes dentro de la PC. Los circuitos internos de un microprocesador, por ejemplo, se diseñan para consumir poca electricidad de modo que puedan funcionar más rápidamente y evitar el calentamiento excesivo. Estos circuitos internos delicados no pueden manejar los voltajes más altos necesarios para los componentes externos. Por lo tanto, cada señal que sale del microprocesador pasa a través de un buffer de señal intermedio en la BIU que incrementa su voltaje.

CPU Intel

Estructura Interna típica de una CPU

Arquitectura de la CPU

Diagrama de Unidad Aritmética Lógica (ALU)

Diagrama de Unidad Punto Flotante (FPU)

Diagrama de Unidad Control (UC)

Conexionados de Unidad Interfaz en el BUS

diagrama estructura Interna de la CPU

Diagrama de Unidad Interfaz en el BUS

Hola
Invitado
Usamos cookies propias y de terceros que entre otras cosas recogen datos sobre sus hábitos de navegación para mostrarle publicidad personalizada y realizar análisis de uso de nuestro sitio.
Si continúa navegando consideramos que acepta su uso. OK Más información | Y más