Unidad central de procesamiento.

La CPU es un dispositivo eletrónico que acepta entradas y ejecuta cientos de tipos de funciones distintas con dichas entradas.

La colección de todas las funciones que puede ejecutar la cpu se llama conjunto de instrucciones de la cpu.

Los comandos enviados a la cpu para indicarle que haga algo se llaman programas.

Como llegan los programas a la cpu:

DISCO DURO -> MEMORIA RAM -> CPU.

Este proceso es de 2 sentidos.

Tambíen la cpu se encarga de determinar si se ha usado un dispositivo y actuar en consecuencia. Y de enviar datos a dispositivos.

Partes de la cpu:

UNIDAD DE DECODIFICACION. Se encarga de decodificar la instrucción que se va a ejecutar. Es decir, saber qué instrucción es. Cuando el microprocesador lee de memoria una instrucción, el código de esa instrucción le llega a esta unidad. Esta unidad se encarga de interpretar ese código para averiguar el tipo de instrucción a realizar. Por ejemplo, instrucciones de suma, multiplicación, almacenamiento de datos en memoria,etc.

UNIDAD DE EJECUCION. Una vez que la unidad de decodificación sabe cuál es el significado de la instrucción leída de memoria, se lo comunica a la unidad de ejecución. Esta unidad será la encargada de consumar la ejecución y para ello activará las señales necesarias y en un orden determinado. Es decir, es la encargada de dar las órdenes necesarias a las diversas partes del microprocesador para poder ejecutar cada una de las instrucciones.

UNIDAD ARITMETICO LOGICA (ALU). La ALU (Aritmethic Logic Unit) es el bloque funcional del microprocesador encargado de realizar todas aquellas operaciones matemáticas. Las operaciones que realiza son las siguientes: suma, resta, multiplicación, división y aquellas que trabajan con dígitos binarios (10 que se conoce como operaciones lógicas: ANO, NOR, NOT, NANO, OR, X-OR, etc). En suma, saber cómo funciona un microprocesador, implica conocer cómo se van ejecutando cada una de las instrucciones del programa que se almacena en memoria. Los pasos globales que se siguen a la hora de consumar una instrucción son:

Podemos, entonces, considerar a un microprocesador compuesto por las dos siguientes unidades:
Unidad de control
Unidad aritmético-lógica (ALU

UNIDAD DE CONTROL
Es el centro nervioso del ordenador, ya que desde ella se controlan y gobiernan todas las operaciones. Cómo funciones básicas tiene:

• tomar las instrucciones de memoria
  
• decodificar o interpretar las instrucciones
  
• ejecutar las instrucciones ( tratar las situaciones de tipo interno (inherentes a la propia CPU) y de tipo externo (inherentes a los periféricos)

.Contador de programa. Contiene permanentemente la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar. Al iniciar la ejecución de un programa toma la dirección de su primera instrucción. Incrementa su valor en uno, de forma automática, cada vez que se concluye una instrucción, salvo si la instrucción que se está ejecutando es de salto o de ruptura de secuencia, en cuyo caso el contador de programa tomará la dirección de la instrucción que se tenga que ejecutar a continuación; esta dirección está en la propia instrucción en curso.
.Registro de instrucción. Contiene la instrucción que se está ejecutando en cada momento. Esta instrucción llevará consigo el código de operación (un código que indica qué tipo de operación se va a realizar, por ejemplo una suma) y en su caso los operandos (datos sobre los que actúa la instrucción, por ejemplo los números a sumar) o las direcciones de memoria de estos operandos.
.Decodificador. Se encarga de extraer el código de operación de la instrucción en curso (que está en el registro de instrucción), lo analiza y emite las señales necesarias al resto de elementos para su ejecución a través del secuenciador .
.Reloj. Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos o ciclos a intervalos constantes (frecuencia constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta cada instrucción.
.Secuenciador. En este dispositivo se generan órdenes muy elementales (microórdenes) que, sincronizadas por los impulsos de reloj, hacen que se vaya ejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el registro de instrucción.

UNIDAD ARITMÉTICO-LÓGICA (ALU)
Esta unidad se encarga de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (sumas, restas, productos, divisiones) y de tipo lógico (comparaciones). A través de un bus interno se comunica con la unidad de control la cual le envia los datos y le indica la operación a realizar .

La ALU está formada a su vez por los siguientes elementos:
· Circuito operacional
· Registros de entrada (REN)
· Registro acumulador
· Registro de estado (flags)

.Circuito operacional. Contiene los circuitos necesarios para la realización de las operaciones con los datos procedentes de los registros de entrada (REN). Este circuito tiene unas entradas de órdenes para seleccionar la clase de operación que debe realizar en cada momento (suma, resta, etc).
.Registros de entrada (REN). En ellos se almacenan los datos u operandos que intervienen en una instrucción antes de la realización de la operación por parte del circuito operacional. También se emplean para el almacenamiento de resultados intermedios o finales de las operaciones respectivas.
.Registro acumulador. Almacena los resultados de las operaciones llevadas a cabo por el circuito operacional. Está conectado con los registros de entrada para realimentación en el caso de operaciones encadenadas. Asimismo tiene una conexión directa al bus de datos para el envío de los resultados a la memoria central o a la unidad de control.
.Registro de estado (flags). Se trata de unos registros de memoria en los que se deja constancia algunas condiciones que se dieron en la última operación realizada y que habrán de ser tenidas en cuenta en operaciones posteriores. Por ejemplo, en el caso de hacer una resta, tiene que quedar constancia si el resultado fue cero, positivo o negativo.

Se conoce como set de instrucciones al conjunto de instrucciones que es capaz de entender y ejecutar un microprocesador.

Las instrucciones se clasifican según su función en:

· Instrucciones de transferencia de datos
· Instrucciones de cálculo
· Instrucciones de transferencia del control del programa
· Instrucciones de control

.Instrucciones de transferencia de datos. Estas instrucciones mueven datos (que se consideran elementos de entrada/salida) desde la memoria hacia los registros internos del microprocesador, y viceversa. También se usan para pasar datos de un registro a otro del microprocesador. Existen algunas instrucciones que permiten mover no sólo un dato, sino un conjunto de hasta 64 KBytes con una sola instrucción.
.Instrucciones de cálculo. Son instrucciones destinadas a ejecutar ciertas operaciones aritméticas, como por ejemplo sumar, restar, multiplicar o dividir, o ciertas operaciones lógicas, como por ejemplo ANO, OR, así como desplazamiento y rotación de bits.
.Instrucciones de transferencia del control del programa. Permiten romper la secuencia lineal del programa y saltar a otro punto del mismo. Pueden equivaler a la instrucción GOTO que traen muchos lenguajes de programación.
.Instrucciones de control. Son instrucciones especiales o de control que actúan sobre el propio microprocesador. Permiten acceder a diversas funciones, como por ejemplo activar o desactivar las interrupciones, pasar órdenes al coprocesador matemático, detener la actividad del microprocesador hasta que se produzca una interrupción, etc.

Una forma de clasificar los microprocesadores es en función de las instrucciones que son capaces de ejecutar. Podemos encontrar dos tipos: microprocesadores: con tecnología CISC y RISC.

CISC: Complex Instructions Set Computer, Ordenador con un conjunto de instrucciones complejo.
RISC: Reduced Instructions Set Computer, Ordenador con un conjunto de instrucciones reducido.

En principio, parece que la tecnología CISC es mucho más ventajosa que la RISC. Pero no es así: un micro CISC tarda mucho tiempo en ejecutar cada una de esas instrucciones. En cambio un micro RISC, como sólo entiende unas cuantas, su diseño interno le permite ejecutarlas en muy poco tiempo, a una gran velocidad, mucho más rápido que un microprocesador CISC.

Prácticamente, todos los microprocesadores que se utilizan en la fabricación de ordenadores personales (microprocesadores fabricados por Intel) son de tecnología CISC. Intel, poco a poco, va abandonando la tecnología CISC y la sustituye por tecnología RISC. Así por ejemplo, un Pentium, sin dejar de pertenecer a la categoria CISC incorpora algunas caracteristicas de los micros RISC. Es de esperar que en un futuro, los micros fabricados sean de tecnología RISC; entonces los ordenadores serán muchísimo más rápido de lo que hoy los conocemos.

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 utilizandos en la fabricación de ordenadores personales, son de tecnología CISC.

Unión de los elementos:

Chipset:
Intermediario entre el microprocesador y los distintos dispositivos, los hay de 2 tipos:el Northbridge,que ayuda al micro en su interrelacion con las memorias y la grafica,y Southbridge mas cercano a los dispositivos.

Si entramos en mayores detalles técnicos, cabe significar que la tasa de transferencia máxima con la que fluyen los datos por el bus del sistema viene preconfigurada de antemano por medio de un conjunto de chips encargados del control del sistema, alias chipset, que integra la placa base. Es más, el chipset es el elemento sobre el que recae el difícil cometido de establecer las diferentes pautas que regirán el funcionamiento de los distintos dispositivos y elementos que conforman el ordenador. En la actualidad, esta función la realizan generalmente dos chips denominados Northbridge (Puente norte) y Southbridge (Puente sur). Cada uno de estos chips se encarga de distintas tareas, siendo el primero el encargado de controlar aspectos relacionados con el procesador, la memoria principal y el puerto de gráficos AGP (Acelerated Graphics Port), mientras que el segundo es el responsable del control de la comunicación con los distintos dispositivos, incluyendo las unidades de almacenamiento, las tarjetas de expansión y los puertos para los dispositivos externos.

CPU -> NORTHBRIDGE -> RAM

Esta conexión tiene muchos cables, es el BUS. Este bus consta de 2 piezas: bus de datos y otra bus de direcciones.

Una lleva los datos de los programas y la otra las direcciones de la ram.

Suelen ser de 64 cables.

GENERACIONES DE CPU:

GENERACIÓN PRIMERA: AMD 8088, INTEL 8088, INTEL 8086, NEC V20

GENERACIÓN SEGUNDA: AMD 286, INTEL 286

GENERACIÓN TERCERA: INTEL 386DX, INTEL 386SX, INTEL386SL, AMD 386DX, AMD 386SX

GENERACIÓN CUARTA: CYRIX 486 DLC, INTEL 486 DX, INTEL 486 SX, INTEL 486DX2 ORIGINAL, INTEL 486DX2 E. STAR, INTEL 486DX2 W. BACK, INTEL 486DX2 ODRIVE, INTEL 486DX4 ORIGINAL, INTEL 486DX4 ODRIVE, AMD 486 DX, AMD 486 DX2, AMD 486 DX4, AMD 5X86

Fabricantes actuales:

Intel
AMD

Velocidades:

Hay un chip de reloj: oscila a una frecuencia cuando se le aplica electricidad proporcionando la velocidad al sistema..

Cada clic de reloj se mide en miles de millones de ciclos por segundo:

1 ciclo por segundo en 1 Hz => 1 millon será 1 GHz.

Por ejemplo con un reloj de 100 MHz x 13 (factor) = 1.300 MHz. ( osea el procesador hará 1.300 millones de pasos por segundo).

FORM FACTOR: Factor de forma del chip, es el paquete de la cpu.

Tipos:

• DIPP (Dual Inline Pin Package): 8088-8086
  

40 Pin DIP Dual Inline Package 8088 and 8086


• PGA (Pin Grid Array): 286-386-846.
  

PGA Pin Grid Array 80386DX 80486 Pentiums


• ZIF (Zero Insertion Forze) Para encajar el chip. Evolucion del PGA.

• SPGA (staggered pin grid array): pentium, P-Pro, K-5, K-6
• PLCC/CLCC (plastic o ceramic)
• PLCC Plastic Leaded Chip Carrier 80286, 80386SX
• SECC (single edge contact cartridge): procesador que se pincha verticalmente en un socket.

  Celeron, P-II, P-III, Atlon (AMD)

  Se contectan a slot 1 en Intel y a Slot A en AMD.
  

• PPGA (plastic pin grid array): MMX, Pentium, Celeron, Atlon, Duron
• FC-PGA (Flip chip pin grid array) igual que ppga pero con mejoras internas: Celeron P-III, P-4.
• BGA (ball grid array): es un PPGA pero para portátiles.

Slot
Ranura, en español. Se trata de cada uno de los alojamientos que tiene la placa madre en los que se insertan las tarjetas de expansión. Todas estas ranuras están conectadas entre sí y un ordenador personal tiene generalmente ocho, aunque puede llegar a doce.

Slot 1

EVOLUCION DE LOS PROCESADORES

8086: Intel. Clase XT. (1977)

Es de 16 bits y permite redireccionar hasta 1 MB de RAM.

Clock speed: 4,77-10 MHz
Tamaño del registro: 16 bits.
External Data Bus: 16 bits.

8088: : Intel. Clase XT. (1980)

Clock speed: 4,77-10 MHz
Tamaño del registro: 16 bits.
External Data Bus: 8 bits.

80286: Intel. Clase AT (1982)

Clock speed: 8-20 MHz
Tamaño del registro: 16 bits.
External Data Bus: 16 bits.

Real mode: trabaja como el 8086
Protected mode: trabaja como 286

En m-dos trabajaba en real mode.
No era multitarea aunque lo parecia, porque trabajaba con partes de cada tarea.

80386-DX:1985

Clock speed: 16.33 MHz
Tamaño del registro: 32 bits.
External Data Bus: 32 bits.
Internal cache: No (en el DXLV: 8kb.

80386-SX:
Clock speed: 16.33 MHz
Tamaño del registro: 32 bits.
External Data Bus: 16 bits.
Internal cache: No

80486 1989

Era como un 386 con coprocesador incorporado.

Trabajaba en CISC (pc) y en RISC (apple)

Pentium 1993

P-II 1997

P-III 1999

P-4 2000

La memoria pasa de la RAM a una memoria caché: a L1 y después a L2 y al procesador.

En los pentiums a partir del P-II la caché L2 ya está en el procesador.

Caché L1: es interna (8Kb).
Caché L2: es externa (placa)(128-256-512 Kb). Actualmente está a 2 MB de L2 caché.
La mejora del PENTIUM:

Es la Pip-line -> double pipe-line.

Pipe line: es los pasos para realizar un proceso.

En los pentiums, en cada ciclo se hacen 2 cosas.

El AMD suele ser más rápido porque aprovecha los 2 picos de onda. Manda datos en 0 y en 1. Doble cálculo por ciclo.

El Pentium-4: cuádruple pipe-line.

Tipos de conectores para conectar el procesador a la placa base:

SOCKET
Este tipo de conectores se basan en lo que se llama zócalo ZIF, es decir, "Zero Insertion Force" ó "Fuerza de Inserción Cero", donde los procesadores pueden instalarse sin efectuar ninguna presión sobre ellos, facilitando mucho las cosas y sobre todo minimizando los riesgos.
Socket es el nombre genérico; en realidad existen varios tipos de Sockets, que los repasaremos los más antiguos a los más modernos:

Socket 3: Permitían la inserción de un procesador de tipo 486 o de un procesador Pentium Overdrive.

Socket 7: Permitían la inserción de una amplia gama de procesadores, ya que permaneció en activo durante mucho tiempo. Este Socket era válido para instalar procesadores de Intel tipo Pentium, Pentium MMX, procesadores de AMD tipo K6, K6-2, etc, entre otros muchos.

Socket 8: Socket válido para el micro de Intel "Pentium Pro", muy famoso a pesar de su antiguedad ya que fué el primero que implementaba la caché dentro del encapsulado del micro y permitia la comunicación a la misma velocidad.

Socket 370 o PGA 370: Tipo de conector que usan los últimos procesadores Pentium III y Celeron de Intel. Por cierto, PGA significa "Pin Grid Array" o "Matriz de rejilla de contactos".

Socket 462 ó Socket A: Conector diseñado para la inserción de procesadores Athlon de AMD.

Socket 423 y 478: Ambos sockets corresponden al Pentium 4, sin embargo el segundo de ellos es el más moderno y admite frecuencias superiores a los 2 Ghz. También puede admitir los procesadores Celeron más recientes.

SLOT
Existen básicamente 3 tipos de Slot:
Slot A: En este conector iban instalados los antiguos procesadores Athlon de AMD.
Slot 1: A este conector le corresponden los procesadores Intel Pentium II y también los procesadores más antiguos Pentium III.
Slot 2: Este conector es más conocido a nivel de servidores de red, donde iba instalado el procesador Xeon.
Los 3 tipos de Slot son muy similares y pueden englobarse dentro de la siguiente imagen:

COMO IDENTIFICAR LA CPU

Suelen llevar un número de identificación del tipo: 80386SX-20
80386 indica que es un procesador 386.
SX indica la subcategoría del procesador.
20 indica la velocidad del procesador en MHz

BUS

En un ordenador o una red, el Bus es el medio por el cual se transmiten los datos entre los distintos dispositivos que lo componen, ya sean por ejemplo, tarjetas o equipos completos. Solamente los dispositivos a los que va dirigida la señal serán los que la reciban, el resto de dispositivos ignorarán tal orden.
BUS en un ordenador, son los caminos que en la placa base interconectan el microprocesador con el resto de componentes (CD-ROM, discos duros....)