LOS MICROPROCESADORES Unidad 5 LOS MICROPROCESADORES MONTAJE

ÍNDICE Introducción. Componentes de la CPU. Velocidad de la CPU. Frecuencia interna y externa (FM). Overclocking y Downclocking. Aumento de prestaciones. Pipeline. Hyper-threading. Evolución de los microprocesadores. MONTAJE

INTRODUCCIÓN Microprocesador.- Un microprocesador es un circuito integrado (chip) que contiene una CPU entera. Desde varios cientos hasta miles de millones de transistores. Tamaño muy reducido, gracias a la tecnología de miniaturización de semiconductores, como el silicio (LEY DE MOORE). Es el componente más valioso del PC. Requiere refrigeración constante. MONTAJE

INTRODUCCIÓN Microprocesador.- Antiguamente, se soldaban a la placa base. Posteriormente, apareció el zócalo (socket) como lugar donde insertarlo y que determina, por su forma, tamaño y nº de contactos la compatibilidad. Ha habido también CPU’s en formato cartucho. MONTAJE

INTRODUCCIÓN Microprocesador.- Una vez fijado a la placa base, se completa el conjunto acoplando los elementos de refrigeración: Masa o pasta térmica Disipador Ventilador ¡No olvidar conectar eléctricamente el ventilador! MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU ALU (Unidad Aritmético-Lógica) Realiza las operaciones que convierten los datos de entrada en resultados. CU (Unidad de Control) Organiza el funcionamiento de la CPU, decidiendo qué se hace (y quién) en cada momento. Registros Posiciones de memoria que almacenan los datos que pasan por la CPU (E/S). Memoria caché Memoria intermedia entre la CPU y la memoria principal. MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU ALU (Unidad Aritmético-Lógica) Genera datos de salida (resultados), a partir de los datos de entrada. Realiza operaciones de dos tipos: Operaciones aritméticas: +, -, *,  (¡estas dos últimas, rara vez!) Operaciones lógicas: AND, OR, NOT... ...y además: NAND, NOR, XOR, XNOR, «, »... MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU ALU (Unidad Aritmético-Lógica) Las otras operaciones lógicas... MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU ALU (Unidad Aritmético-Lógica) En resumen... Ejemplo.- A B A AND B A OR B NOT A NOT B A NAND B A NOR B A XOR B A XNOR B 1 MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU ALU (Unidad Aritmético-Lógica) Los operadores de desplazamiento de bits («, ») pueden ser interpretados como multiplicaciones o divisiones por 2. Los desplazamientos pueden ser lineales (abiertos) o circulares (cerrados). MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU Componentes de la ALU Registros de entrada (A, B): Almacenan los operandos (datos de entrada). Circuito operacional: Componentes electrónicos que realizan las operaciones. Registro acumulador (R): Almacena el resultado de las operaciones. Registros de estado (D): “Flags” que recogen cómo termina la operación. Cero, negativo, acarreo, desbordamiento, paridad, etc... Selector de operaciones (F): Microinstrucciones procedentes de la Unidad de Control. MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU Ejecución de una instrucción Fases de ejecución Se recibe la instrucción desde la UC. Se comprueba el estado de la ALU. Se cargan los operandos. Se realiza la operación. Se guarda el resultado en el acumulador. Se guarda el estado de la ALU al final. Fases de ejecución Búsqueda de la instrucción (fetch). Decodificación de la instrucción (decode) y carga de operandos (load). Ejecución de las operaciones (execute). Escritura de resultados (store). MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU CU (Control Unit) Interpreta las instrucciones almacenadas en la memoria y genera las señales de control necesarias para ejecutarlas. Activa o desactiva los componentes del microprocesador en función de: La instrucción que se esté ejecutando. La fase de dicha instrucción que se esté ejecutando. Existen dos tipos de unidades de control: Cableadas (máquinas sencillas). Microprogramadas (máquinas complejas). MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU Componentes de la CU Contador de programa Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción. Registro de instrucciones Contiene la instrucción que se está ejecutando. Decodificador Interpreta la instrucción en curso, para poder ejecutarla. Reloj Genera impulsos eléctricos que sincronizan y marcan la velocidad a la que trabaja la CPU. Secuenciador Genera las microinstrucciones para la ejecución paso a paso de la instrucción interpretada por el decodificador. MONTAJE

COMPONENTES DE LA CPU Componentes de la CU MONTAJE

finterna = fexterna * FM VELOCIDAD DE LA CPU Frecuencia interna.- Es la velocidad a la que trabaja la CPU. Frecuencia externa.- Es la velocidad a la que trabajan la memoria y los buses del sistema. FACTOR MULTIPLICADOR (FM).- Es el nº de veces que la CPU es más rápida que la memoria y los buses: finterna = fexterna * FM MONTAJE

La CPU es 4 veces y media más rápida que la memoria VELOCIDAD DE LA CPU Ejemplo.- CPU = Pentium III a 600 MHz. Memoria RAM = 128 MB de tipo PC-133. finterna = 600 MHz. fexterna = 133 MHz. Ejercicios.- ¿Qué memoria se puede usar con una CPU de 450 MHz, si el FM = 4.5? ¿A qué velocidad va una CPU que trabaja con memorias PC-100, si el FM = 7.5? La CPU es 4 veces y media más rápida que la memoria FM = 600 / 133 = 4,5 O, lo que es lo mismo, por cada operación que hace la CPU, está otras tres y media sin hacer nada, esperando por la memoria MONTAJE

VELOCIDAD DE LA CPU Overclocking.- “Acelerar” la CPU (aumentar su velocidad). ¿Cómo? Cambiando el reloj (cristal de cuarzo), que va soldado. Microinterruptores de la placa (switches). Por software (BIOS Setup). Inconveniente: SOBRECALENTAMIENTO DE LA CPU Downclocking.- Lo contrario del overclocking. ¿Tiene sentido? MONTAJE

Overclocking por hardware VELOCIDAD DE LA CPU Overclocking por hardware MONTAJE

Overclocking por software VELOCIDAD DE LA CPU Overclocking por software MONTAJE

AUMENTO DE PRESTACIONES Primeros microprocesadores La mayoría de sus componentes, ociosos más del 90% del tiempo  INEFICIENCIA Posteriormente... Replicación de componentes internos de la CPU. Cauces (conexiones) pensados para permitir el trabajo en paralelo de TODOS ellos. ¡La refrigeración se ha vuelto un asunto vital! ¡La arquitectura de computadores ha aportado más al rendimiento que la miniaturización! MONTAJE

AUMENTO DE PRESTACIONES Pipeline (segmentación) Se divide cada instrucción en varias fases. Cada componente de la CPU puede estar ocupado por una fase distinta de una instrucción distinta. Se pretende usar todos los componentes de la CPU, el 100% del tiempo. MONTAJE

AUMENTO DE PRESTACIONES Pipeline (segmentación) MONTAJE

AUMENTO DE PRESTACIONES Hyper-threading Se simula, de cara a los programas, como si el PC tuviera dos CPU’s, en lugar de una sólo. Lo inventó Intel y mejora el rendimiento un 30%. Permite procesar en paralelo, sobre una misma CPU, la ejecución de varios programas “multihilo”. MONTAJE

EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES 1971: Intel 4004 (primer microprocesador comercial) 1972: Intel 8008 1974: Intel 8080 1975: Signetics 2650, MOS 6502, Motorola 6800 1976: Zilog Z80 1978: Intel 8086, Motorola 68000 1979: Intel 8088 1982: Intel 80286 1985: Intel 80386, AMD Am386 1987: Motorola 68030 1989: Intel 80486, AMD Am486 MONTAJE

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EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES 1993: Intel Pentium, AMD K5 1995: Intel Pentium Pro 1997: Intel Pentium II, AMD K6 1999: Intel Pentium III, AMD K7 2000: Intel Pentium 4, AMD Athlon XP 2003: PowerPC G5 2004: Intel Pentium M 2005: Intel Extreme Edition con hyper-threading, Intel Core Duo, AMD Athlon 64, AMD Athlon 64 X2, 2006: Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme, AMD Athlon FX 2007: Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core, AMD Quad FX MONTAJE

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