Un microprocesador está compuesto por varios bloques interconectados entre sí pero cada uno de ellos tiene una función específica que cumplir, al diseño e interconexión de estos bloques se le denomina Arquitectura.

La velocidad a la que una computadora pueda leer instrucciones y realizar los cálculos pertinentes es determinada por la frecuencia de funcionamiento del microprocesador, sin embargo, los fabricantes de microprocesadores han tenido grandes avances en el diseño de la arquitectura de sus micros y esto ha permitido que las computadoras dependan cada vez menos de la frecuencia de funcionamiento, es decir que con estos avances se puede dar el caso que un micro con menor frecuencia o velocidad pueda efectuar mayor cantidad de cálculos y tareas.

El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. Consiguientemente, la historia de la computadora digital ayuda a entender el microprocesador. Hizo posible la fabricación de potentes calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos.

Una de las primeras decisiones a la hora de diseñar un microprocesador es decidir cuál será su juego de instrucciones. La decisión es trascendente por dos razones; primero, el juego de instrucciones decide el diseño físico del conjunto; segundo, cualquier operación que deba ejecutarse en el microprocesador deberá poder ser descrita en términos de un lenguaje de estas instrucciones. Frente a esta cuestión caben dos filosofías de diseño; máquinas denominadas CISC y máquinas denominadas RISC.

Cuando hablamos de microprocesadores CISC, computadoras con un conjunto de instrucciones complejo, del inglés complex instruction set computer, y procesadores RISC, computadoras con un conjunto de instrucciones reducido, del inglés reduced instruction set computer, se piensa que los atributos complejo y reducido describen las diferencias entre los dos modelos de arquitectura para microprocesadores. Esto es cierto solo de forma superficial, pues se requiere de muchas otras características esenciales para definir los RISC y los CISC. Aún más, existen diversos procesadores que no se pueden asignar con facilidad a ninguna categoría determinada.

Hasta hace solo algunos años, la división era tajante: RISC se utilizaba para entornos de red, mientras que CISC se aplicaba en ordenadores domésticos. Pero en la actualidad se alzan voces que afirman que CISC está agotando sus posibilidades, mientras otras defienden fervientemente que CISC ya ha alcanzado a RISC, adoptando algunas de sus principales características.

PARTES

En un microprocesador se puede diferenciar diversas partes:

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

· Memoria caché: es una memoria ultrarrápida que emplea el procesador para tener alcance directo a ciertos datos que «predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada caché interna de primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Core i3, Core i5 , core i7, etc) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o L3.

· Coprocesador matemático: unidad de coma flotante. Es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte está considerada como una parte «lógica» junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.

· Registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros está diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que la CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.

· Memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede desde allí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso.

· Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es análogo a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un «número de puerto» que el procesador utiliza como si fuera un número de teléfono para llamar circuitos o a partes especiales.

FUNCIONAMIENTO

La historia de la computación ha experimentado distintos hitos. Aunque no percibamos su importancia, cada día tenemos que ver con los microprocesadores. Pero ¿qué son exactamente? ¿Cómo funciona un microprocesador?

La función de un microprocesador sería comparable al trabajo que hace el cerebro en el cuerpo humano. Básicamente realizan operaciones aritméticas elementales, −suma, resta multiplicación y división− que son cruciales para ejecutar cualquier acción en las computadoras modernas. El simple hecho de utilizar el buscador e ingresar a una página web, requiere la intervención directa de un microprocesador. Las múltiples funciones de los actuales computadores requieren cada vez mayor potencia en los microprocesadores.

Génesis del microprocesador

El primer microprocesador data del año 1971 y es conocido como Intel 4004. En principio este primitivo dispositivo realizaba tareas de aritmética elemental. Actualmente, con el desarrollo de la microtecnología, los microprocesadores han ido evolucionando hasta llegar a tener un desempeño bastante satisfactorio.

Los microprocesadores llevan a cabo distintas funciones, como ejecutar los programas, realizar operaciones matemáticas de gran complejidad a través de los conocidos procesadores flotantes, transferir datos entre los diferentes periféricos del computador, así como tomar decisiones acerca de la manera de ejecutar o no un proceso específico. El rendimiento de un microprocesador está directamente relacionado con su capacidad de memoria.

Su estructura interna

Dentro de la arquitectura del microprocesador se diferencian distintos componentes específicos como la memoria caché, encargada de procesar datos con un alto rango de predictibilidad, apoyándose en una memoria auxiliar; un bus de datos por donde se da el tránsito de la información que es capaz de enviar y recibir datos; y una línea de lectura y otra de escritura, que es la que le indica a la memoria las instrucciones necesarias para ubicar la dirección de los datos requeridos. De la misma manera todos los procesos realizados se escriben en la memoria para ser posteriormente usados de acuerdo a los registros de cada uno.

La arquitectura de Von Neumann

Otro factor fundamental en el funcionamiento de los microprocesadores, es lo que se conoce como arquitectura de Von Neumann. En la década de los cuarentas, el matemático John Von Neumann, durante el desarrollo de la antecesora de las computadoras modernas, la Eniac (una gigantesca y paquidérmica calculadora que requería el cambio y reconexión constante de cables), halló una solución consistente en almacenar las instrucciones necesarias para el proceso de la información por medio de tarjetas perforadas, lo que hizo que los procesos se simplificaran, siendo el antecedente directo del principio de funcionamiento de los microprocesadores actuales.

CONEXIÓN DEL PROCESADOR CON LA MAINBOARD

La placa base, también conocida como placa madre o placa principal (motherboard o mainboard en inglés), es una tarjeta de circuito impreso a la que se conectan los componentes que constituyen la computadora.

Es una parte fundamental para montar cualquier computadora personal de escritorio o portátil. Tiene instalados una serie de circuitos integrados, entre los que se encuentra el circuito integrado auxiliar (chipset), que sirve como centro de conexión entre el microprocesador (CPU), la memoria de acceso aleatorio (RAM), las ranuras de expansión y otros dispositivos.

Va instalada dentro de una carcasa o gabinete que por lo general está hecha de chapa y tiene un panel para conectar dispositivos externos y muchos conectores internos y zócalos para instalar componentes internos.

La placa madre, además incluye un firmware llamado BIOS, que le permite realizar las funcionalidades básicas, como pruebas de los dispositivos, vídeo y manejo del teclado, reconocimiento de dispositivos y carga del sistema operativo.

El zócalo va soldado sobre la placa base de manera que tiene conexión eléctrica con los circuitos del circuito impreso. El procesador se monta de acuerdo a unos puntos de guía (borde de plástico, indicadores gráficos, pines o agujeros restantes) de manera que cada pin o contacto quede alineado con el respectivo punto del zócalo. Alrededor del área del zócalo, se definen espacios libres, se instalan elementos de sujeción y agujeros, que permiten la instalación de dispositivos de disipación de calor, de manera que el procesador quede entre el zócalo y esos disipadores.

· PGA: La conexión se realiza mediante pequeños pines metálicos repartidos al largo de la CPU. Estos pines encajan en los orificios del socket con el mismo diámetro de los pines.

· BGA: La conexión se realiza mediante pequeños pines en forma circular colocados en el socket, estas conexiones encajan a los orificios de la CPU.

· LGA: La conexión se realiza mediante superficies de contacto que encajan entre las de la CPU y las del socket.

BUSES DEL PROCESADOR

Todos los procesadores poseen un bus principal o de sistema por el cual se envían y reciben todos los datos, instrucciones y direcciones desde los integrados del chipset o desde el resto de dispositivos. Como puente de conexión entre el procesador y el resto del sistema, define mucho del rendimiento del sistema, su velocidad se mide en bits por segundo.

Ese bus puede ser implementado de distintas maneras, con el uso de buses seriales o paralelos y con distintos tipos de señales eléctricas. La forma más antigua es el bus paralelo en el cual se definen líneas especializadas en datos, direcciones y para control.

En la arquitectura tradicional de Intel (usada hasta modelos recientes), ese bus se llama front-side bus y es de tipo paralelo con 64 líneas de datos, 32 de direcciones además de múltiples líneas de control que permiten la transmisión de datos entre el procesador y el resto del sistema. Este esquema se ha utilizado desde el primer procesador de la historia, con mejoras en la señalización que le permite funcionar con relojes de 333 MHz haciendo 4 transferencias por ciclo.⁷

En algunos procesadores de AMD y en el Intel Core i7 se han usado otros tipos para el bus principal de tipo serial. Entre estos se encuentra el bus HyperTransport de AMD, que maneja los datos en forma de paquetes usando una cantidad menor de líneas de comunicación, permitiendo frecuencias de funcionamiento más altas y en el caso de Intel,Quickpath

Los microprocesadores de Intel y de AMD (desde antes) poseen además un controlador de memoria de acceso aleatorio en el interior del encapsulado lo que hace necesario la implementación de buses de memoria del procesador hacia los módulos. Ese bus está de acuerdo a los estándares DDR de JEDEC y consisten en líneas de bus paralelo, para datos, direcciones y control. Dependiendo de la cantidad de canales pueden existir de 1 a 4 buses de memoria.

También puede ver este tema en este enlace de SLIDESHARE

RESUMEN

Un microprocesador está compuesto por varios bloques interconectados entre sí pero cada uno de ellos tiene una función específica que cumplir, al diseño e interconexión de estos bloques se le denomina Arquitectura.

SUMMARY

A microprocessor is composed of several interconnected blocks but each of them has a specific role to play, to design and interconnection of these blocks is called architecture.

The speed at which a computer can read instructions and perform the necessary calculations is determined by the operating frequency of the microprocessor, however, chip manufacturers have made great strides in designing the architecture of their micros and this has allowed computers depend less and less on the operating frequency, ie that with these advances can be the case that a micro less frequently or speed can make as many calculations and tasks.

The microprocessor has a similar architecture to the digital computer. In other words, the microprocessor is like a digital computer because both perform calculations under program control. Accordingly, the digital computer history helps to understand the microprocessor.

RECOMENDACIONES

ü Al momento de elegir un equipo se debe tener en cuenta las características del procesador con el que queremos trabajar.

ü En los microprocesadores hay que tener en cuenta el IPC (instrucciones por ciclo de reloj) determina la cantidad de instrucciones que es capaz de ejecutar el procesador por cada ciclo de reloj. Obviamente a mayor IPC, mayor rendimiento del procesador.

CONCLUSIONES

ü Microprocesadores CISC Interpretan y ejecutan un gran número de instrucciones. Son más lentos.• Microprocesadores RISC Interpretan y ejecutan sólo unas pocas instrucciones. Son mucho más rápidos que los microprocesadores CISC.• Todos los microprocesadores utilizados en la fabricación de ordenadores personales, son de tecnología CISC.

ü Las arquitecturas RISC y CISC son ejemplos de CPU con un conjunto de instrucciones para arquitecturas basadas en registros.

ü Hoy en día, los programas cada vez más grandes y complejos demandan mayor velocidad en el procesamiento de información, lo que implica la búsqueda de microprocesadores más rápidos y eficientes.

GLOSARIO

Microprocesador: Procesador de muy pequeñas dimensiones en el que todos los elementos están agrupados en un solo circuito integrado.

CISC : Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos, en contraposición a la arquitectura RISC.

RISC :es el acrónimo de Reduced Instruction Set Computer lo que en castellano viene a ser conjunto reducido de instrucciones de computadora. Se entiende por procesador RISC aquel que tiene un conjunto de instrucciones con unas características determinadas.