1-ELPROCESADOR (CPU)

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1 El Microprocesador



[ Arquitectura de Computadoras ]

1 El Microprocesador (CPU)

Competencia a Desarrollar

Analizar la arquitectura y comprender el

funcionamiento de un microprocesador

elemental

Conocer las diferentes arquitecturas

desarrolladas en la evolucioacuten de losmicroprocesadores puntualizando las

diferencias y mejoras durante su evolucioacuten

Analizar y comprender la operacioacuten de las

arquitecturas multinuacutecleo actuales



Estrategias de aprendizaje

bull Exposicioacuten por parte del docente de los conceptos maacutes

representativos sobre microprocesadores

bull Buscar la arquitectura baacutesica de un microprocesador entextos Internet etc

bull Identificar componentes y analizar su funcionamiento en el

microprocesador baacutesico

bull Investigar y analizar la evolucioacuten de los microprocesadores

bull Buscar la arquitectura y desempentildeo de un microprocesadormultinuacutecleo en textos manual del fabricante internet etc

bull Analizar la mejora en el desempentildeo de un microprocesadormultinuacutecleo al ejecutar aplicaciones multihilos

bull Sintetizar mediante el uso de la memoria a corto y largoplazo algunos conocimientos



Evidencias

Resumen sobre la exposicioacuten del docente

Contenido (Apuntes

)Ortografiacutea y redaccioacuten

Entrega en tiempo y forma

Cuadro comparativo donde se destaquen las ventajas y

desventajas entre las diferentes arquitecturas

Contenido

Ortografiacutea y redaccioacuten

Entrega en tiempo y formaReporte de la investigacioacuten

Contenido



Reporte de lectura analiacutetica

Contenido



Liacutenea del tiempo sobre la evolucioacuten de los

microprocesadores



Examen escrito o en plataforma

C

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5

5

10

5

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H

5

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5

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V

4

4

4

4

4




11 Arquitectura baacutesica y sus operaciones

12 Tipos de arquitecturas en la evolucioacuten del CPU

13 Arquitectura multinuacutecleo

14 Multiprocesamiento (multihilos) en multinuacutecleo



Arquitectura de una computadora

bull Interface entre el software de bajo nivel y el hardware

bull Posibilita implementaciones de diverso costerendimiento para varios software

bull Es definida por los atributos de la computadora visibles para el programador

de lenguaje de maacutequina

ndash Repertorio de instrucciones

ndash Formato de instrucciones

ndash Coacutedigos de operacioacuten

ndash Modos de direccionamiento

ndash Registros y posiciones de memoria manipulables directamente

ndash Nordm de bits (datos)

ndash Mecanismos de entradasalida

bull Ha posibilitado los uacuteltimos avances en rendimiento

ndash Segmentacioacutenndash Paralelismo

ndash Computadoras RISC

bull El objetivo es encontrar un lenguaje de maacutequina que

ndash facilite la construccioacuten del hardware y de los compiladores

ndash Maximice el rendimiento

ndash Minimice el costo



bull La arquitectura de un microprocesador ode cualquier procesador se define por el

conjunto de instrucciones que puede

obedecer y las maneras en que lasinstrucciones pueden especificar lalocalizacioacuten de los datos por procesar



bull

Las instrucciones que obedece unmicroprocesador estaacuten codificadas como

digitos binarios en un sistema de memoriacada instruccioacuten se divide en uno o mascampos todas las instrucciones tienen un

campo de codigo de operacioacuten que defineel propoacutesito de intruccioacuten como sumar o

mover datos



Arquitectura de computadora ldquoClaacutesicardquo

El modelo claacutesico de arquitectura de computadoras

fue disentildeado por John Von Newman que consta de

los siguientes elementos

Dispositivos de entrada de proceso de

almacenamiento y de salida



bull Procesador uacutenico

bull

Arquitectura de Von Neumannbull Solo una instruccioacuten soacutelo un dato

MODELO DE VON NEUMANN Las computadoras digitales actuales se ajustan al modelo propuesto por el matemaacutetico John Von Neumann De acuerdo con el una caracteriacutestica

importante de este modelo es que tanto los datos como los programas se almacenan en la memoria antes de ser utilizados



Componentes internos



bull

La estructura de un microprocesador sedivide en dos partes

bull Una para procesamiento

bull Y otra para controlEn las que se encuentran



bull

La unidad aritmeacutetica y loacutegica ( ALU )bull La unidad de tiempo y control

bull El controlador

bull El registrobull El acumulador

bull El decodificador

bull Los buses internos



bull La ( ALU ) es la parte que ejecuta todos loscaacutelculos numeacutericos y loacutegicos durante la

operacioacuten del procesador

bull La unidad de control su objetivo esmantener la secuencia adecuada y elcontrol de todas las operaciones del ( CPU

) y responde a todas las sentildeales externas

bull El controlador decodifica las instruccionesde maquina y genera sentildeales que dirigen laparte procesada del microprocesador



bull

El registro tiene por misioacuten almacenar elcodigo de operacioacuten de la instruccioacuten leida

desde la memoria este codigo esdecodificado y con esta informacioacuten se

logran todos los micro-pasos

bull Los buses son interconexiones internasllevando informacioacuten de un lado a otro



Componentes exteriores



bull Bus de direcciones

bull Bus de datos

bull Lineas Vcc y GND

bull Bus de control donde se encuentran



bull

Lineas de inicializacioacuten ( RES )bull Lineas de interrupcioacuten ( IQR e NMI )

bull Lineas de autorizacioacuten ( RW )

bull Lineas de solicitud ( SYNC SO RDY )bull Lineas de reloj ( 0 1 y 2 )



bull Los bus de direcciones estan formados por

16 liacuteneas A0 hasta A15 y son liacuteneas de

salida

bull Los bus de datos estan formados por 8lineas D0 hasta D7 estas liacuteneas son de

entrada y salidao Alimentacioacuten requiere solamente de 2

liacuteneas de alimentacioacuten 0 y 5 V con un

margen de 5 y consume una corrientemaacutexima de 200 mA



bull Bus de control conjunto de liacuteneas deentrada y otras de salida y se agrupan

seguacuten su funcioacuten en los siguientes bloques

bull Lineas de inicializacioacuten recibe la orden deparada de todos sus registros internosrecomenzando el arranque

bull Liacuteneas de interrupcioacuten son de liacuteneas de

entrada que le dan al microprocesador

diferentes tipos de ordenes para quedetenga de forma temporal la ejecucioacuten



bull Liacuteneas de autorizacioacuten son lineas de salida

y recibe ordenes de diferentes bloques

internos

bull Lineas de solicitud con estas lineas elmicroprocesador y el resto de los bloques

establecen un dialogo de impulsoselectroacutenicos

bull Lineas de reloj sirven para entregar al

microprocesador y a otros bloques delsistema una o varias ordenes cuadradas



Funcionamiento

bull El microprocesador ejecuta instruccionesalmacenadas como nuacutemeros binariosorganizados secuencialmente en la memoriaprincipal



bull PreFetch- Pre lectura de la instruccioacuten

desde la memoria principal

bull Fetch- enviacuteo de la instruccioacuten aldecodificador

La ejecucioacuten de las instrucciones se puederealizar en varias fases



bull Decodificacioacuten de la instruccioacuten- es decir

determinar queacute instruccioacuten es y por tanto queacutese debe hacer

bull Lectura de operandos- (si los hay)

bull Ejecucioacuten-(Lanzamiento de las Maacutequinas deestado que llevan a cabo el procesamiento)

bull Escritura de los resultados-Estos se realizanen la memoria principal o en los registros



Arquitecturas

bull 8080 La Arquitectura de 8 bits


bull 80386 la Arquitectura de 32 bits

bull 80486 la Integracioacuten Total



Tipos De

Microprocesadoresbull Intel 8008bull Mos 6502bull Zilog z80bull Intel 8086bull Amd80386bull Intel 80486bull

Intel Pentium AMD K5bull Amdbull Intel pentum probull Intel pentium 4



Mas microprocesadoresgif



Como Circuito Fiacutesico

Programable

bull Un microprocesador permite sustituir a losviejos subsistemas de componentes fiacutesicos(vaacutelvulas) o de circuiteriacutea cableada dentro

de sistemas informaacuteticos maacutes complejos










Baacutesicamente nos encontramos con dostipos de disentildeo de los

microprocesadores RISC (Reduced-

Instruction-Set Computing) y CISC

(complex-instruction-set computing)Los microprocesadores RISC se basan en

la idea de que la mayoriacutea de las

instrucciones para realizar procesos en

el computador son relativamente simples

por lo que se minimiza el nuacutemero de

instrucciones y su complejidad a la

hora de disentildear la CPU

Introduccioacuten



CISC

bull Esta abreviatura representa las iniciales

de Complex Instruction Set Computable

bull denominaacutendose asiacute a toda una serie de

arquitecturas de microprocesadores que

poseen un amplio

bull y complejo set de microinstrucciones paradefinir las operaciones loacutegicas

matemaacuteticas y de

bull acceso a memoria que es capaz de realizar

una CPU Se destacan dentro de estasarquitecturas

bull los microprocesadores de la familia Intel

(excepto el Pentium) entre otros



RISC

Por otro lado se encuentran las tecnologiacuteas tipoRISC Reduced Instruction Set

Computable en donde la idea es tener un set de

instrucciones lo maacutes reducido posible quitaacutendole

un poco de versatilidad al microprocesador pero

dotaacutendolo de tiempos lo maacutes reducidos posiblesde secuencias de ejecucioacuten de instruccioacuten dando como

resultado general computadoras maacutes

raacutepidas Se destacan dentro de estas arquitecturas los

microprocesadores de la familia 6800 y

68000 de Motorola RS 6000 de IBM el Power-PC de

IBM Aplle y Motorola y los

microprocesadores SPARC de la firma SUN Microsystems





Familia de computadoras

bull Un conjunto de computadoras forma una familia cuando

tienen la misma arquitectura y diferentes estructuras

bull Surge el concepto de compatibilidad

ndash Programa escrito para un modelo se ejecuta en otro

modelo de la serie con diferencias en tiempo deejecucioacuten

ndash Sentido ascendente

bull Caracteriacutesticas

ndash Repertorio de instrucciones similar o ideacutentico

ndash Velocidad en incremento

ndash Nordm de puertos ES en incremento

ndash Tamantildeo creciente de la memoria

ndash Coste creciente



Clasificacioacuten de las computadoras

bull Basada en el nordm de procesadores nordm de

programas y estructura de memoria ndash Flynn

ndash SISD (Flujo de instruccioacuten uacutenico flujo de

datos uacutenico)

ndash SIMD (Flujo de instruccioacuten uacutenico flujo de

datos muacuteltiple)

ndash MISD (Flujo de instruccioacuten muacuteltiple flujo

de datos uacutenico)

ndash MIMD (Flujo de instruccioacuten muacuteltiple flujo

de datos muacuteltiple)



[ Arquitectura de Computadoras ]


Competencia a Desarrollar

Analizar la arquitectura y comprender el

funcionamiento de un microprocesador

elemental

Conocer las diferentes arquitecturas

desarrolladas en la evolucioacuten de losmicroprocesadores puntualizando las

diferencias y mejoras durante su evolucioacuten

Analizar y comprender la operacioacuten de las

arquitecturas multinuacutecleo actuales















Evidencias


Contenido (Apuntes





Contenido



Contenido




Contenido




microprocesadores




C

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bull El controlador













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poseen un amplio









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Contenido (Apuntes





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Contenido




Contenido




microprocesadores




C

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Evidencias


Contenido (Apuntes





Contenido



Contenido




Contenido




microprocesadores




C

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Programable






















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