MICROPROCESADOR

DEFINICIÓN

El microprocesador es la parte del computador diseñada para llevar a cabo los programas. Este viene siendo como el cerebro del computador. Este ejecuta instrucciones que se le dan al computador a muy bajo nivel haciendo operaciones lógicas simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir.

Este elemento también es llamado CPU ( CENTRAL PROCESSING UNIT), en español (unidad central de procesamiento). Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles o millones de elementos llamados transistores.

ARQUITECTURA DE LOS MICROPROCESADORES

Con la aparición de los computadores personales (PC) y la reducción en el costo de las mismas, el microprocesador se convirtió en uno de los dispositivos electrónicos más importantes en la historia de la electrónica.

Desde su aparición en 1971, el microprocesador ha sufrido una gran cantidad de cambios, todos ellos hacia el lado de aumentar su capacidad y velocidad de procesamiento. Para poder utilizar todo el potencial que encierra un microprocesador, es necesario conocer y comprender su lenguaje natural, osea: el lenguaje ensamblador.

IMPORTANCIA DEL LENGUAJE ENSAMBLADOR

Es la forma mas básica de programar un microprocesador para que este sea capaz de realizar las tareas o los cálculos que se le requieran.

El lenguaje ensamblador es conocido como un lenguaje de bajo nivel, esto significa que nos permite controlar el 100% de las funciones de un microprocesador, así como los periféricos asociados a este.

A diferencia de los lenguajes de alto nivel, por ejemplo "PASCAL", el lenguaje ensamblador no requiere de un compilador, esto es debido a que las instrucciones en lenguaje ensamblador son traducidas directamente al código binario y después son colocadas en memoria para que el microprocesador las tome directamente.

MARCAS DE MICROPROCESADORES

•  Intel: 4004, 8008, 8080, 8086,8088, 80186, 80286, 80386, 80486, Pentium, pentium II, Celeron, Pentium II MMX, Pentium III, Xeon, Itanium IV, Mobile, Itanium II, Core Duo, Core Duo 2, Quad Core.
• AMD:  K6, Athlon, Duron, Opteron, Athlon 64, Athlon 64x2, Arquitectura Barcelona ("Equivalente" al Quad Core de Intel).
• MOTOROLA: 68000, 68010, 68030.

IBM: Power PC, Dual Power.

GENERACIONES

8088/8086:

En 1975, Intel decidió ponerse manos a la obra para construir su primer microprocesador de 16 bits que salió al mercado en 1978. Era el 8086, que definió el inicio de su gama de productos más famosa, la familia de microprocesadores x86.

La longitud de los registros del 8086 era de 16 bits, habían versiones que funcionaban a 4.77 y 8MHz, tenía un bus de datos de 16 bits y un bus de direcciones de 20 bits, lo que permitía acceder a un máximo de memoria de 1 Mb.

Luego sacó el 8088, que con respecto al 8086, no era mejor. La diferencia era sustancial; el bus de datos era de 8 bits (la mitad) .

                                               8086                                              8088

80286:

En 1984 aparecen estos, como base para una nueva generación de ordenadores de IBM, el IBM AT (Advanced Technology). Supone un nuevo salto tecnológico. Además de incrementar el bus de direcciones de 20 a 24 bits, lo que permitía acceder hasta los 16 Mb de RAM, se incrementaba la velocidad, llegando a ser hasta un 25% más rápidos que los 8086 y 8088 originales.

80386 DX Y SX:

Introducido en 1985, el 80386 DX supera un nuevo escalón en el avance tecnológico en microprocesadores. Se incorpora una nueva ampliación y surge el numero mágico, el 32. Los buses de datos y de direcciones se amplían hasta 32 líneas de datos. La ampliación supone un incremento en la memoria RAM instalada. Puede direccionar 4Gb de memoria física.

El 80386 SX (Simple word  eXternal) tiene las mismas caracteristicas que el 80386 DX, salvo que el bus de direcciones externo se reduce a 16 bits. Salió en 1988. Las frecuencias de funcionamiento eran de 16, 20, 25 y 33 MHz.

80486DX/80486SX:

El 80486DX salió en 1989. La estructura interna hablando en términos numéricos es igual a la de un 80386. El tamaño de los registros y de los buses son de 32 bits. Las diferencias reales con los 80386DX son que tienen un flag más, 2 bits más en la tabla de entrada de páginas, 6 instrucciones y los registros de control tienen una longitud de 9 bits.
El 80486SX, al igual que un 80486DX, sólo que el coprocesador matemático esta inhabilitado. Las velocidades a las que funcionan son de 25, 33, 40 y 50 MHz.

80486DX2, 80486DX4, 80486SX2:
Estos modelos de microprocesadores en realidad son iguales que sus hermanos menores. Internamente duplican del reloj del sistema. Es igual que revolucionar el motor de un coche para que corra más. Las consecuencias son obvias: un sobrecalentamiento del micro  con una reducción de potencia. Las velocidades a las que trabajan son: 50, 66, 75, 100 MHz (sólo para el DX4), y 40, 50 MHz para los SX2.

80486DX2     




VELOCIDAD DE RELOJ

Un chip utiliza un reloj de impulsos eléctricos para ejecutar o procesar las instrucciones que le llegan. Es decir, todos los elementos del chip permanecen en reposo a la espera del impulso de reloj, para ejecutar la operación que corresponde en cada momento. De esta forma las operaciones se realizan sincrónamente, es decir, de forma ordenada y ningún dispositivo se anticipa a otro. 

Según esto, mientras mayor sea la velocidad de reloj que admita el micro, mayor sera la velocidad en la ejecución de las operaciones. Por lo tanto junto al juego de instrucciones, que mide la potencia del microprocesador, es importante considerar la frecuencia del reloj,  esta se mide en ciclos/segundo o Hertz (Hz). En la actualidad las velocidades son de 2.5 Giga Hertz. Como la frecuencia es la cantidad de ciclos que realiza la señal en un ciclo, entonces, por ejemplo al tener un microprocesador de 2.5 GHz, se estaría diciendo que realiza 2.500.000 ciclos en un segundo. 

VELOCIDAD DEL BUS

El bus de direcciones es el conjunto de vías que llevan la información acerca de dónde, en la memoria, se obtendrán los datos que serán transferidos hacia o desde ella.

El ancho del bus de direcciones da la dirección-habilidad del procesador, que es cuánta memoria puede ser direccionada por el procesador. Un bus con 16 lineas, por ejemplo, puede trabajar directamente con 216 direcciones de memoria; eso es 65.536(o 64KB).

Los diversos microprocesadores usados en varios PC, por lo regular, cuentan con un bus de direcciones de 20 a 32bits.

TIPOS DE ENCAPSULADOS

BGA (Ball Grid Array)

DIP (Dual in-Line Package)

MLF (Micro Lead Frame)

PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)

QFN (Quad Flatpack Package)

QFP (Quad Flatpack Package)

SOIC (Small Out-line Integrated Circuit)

SOP (Small Out-line Package)

TSOP (Think Small Out-line Package)

SSOP (Shrink Small Out-line Package)

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

El componente que más potencia disipa y que, por tanto, necesita mejor refrigeración es el microprocesador, el aumento de frecuencia de funcionamiento y del número de núcleos de los procesadores modernos conlleva un aumento de potencia y de calor producido, agravado en los casos de aumento del voltaje que se les suministra con fines de overcloking. Para lograr conseguir evacuar una cantidad tan grande de calor concentrado en un solo chip se utilizan diversos métodos dependiendo de las necesidades de cada caso en particular: Refrigeración por aire, líquida, por cambio de fase, pero el más utilizado es el de aire.

INSTALACIÓN DEL MICROPROCESADOR

PARTES DEL MICROPROCESADOR

UNIDAD DE CONTROL: (UC)

Es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas o interpretarlas y luego ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.

UNIDAD DE CALCULO: 

También conocida como (ALU), unidad aritmético-lógica. Es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas como: suma, resta, multiplicación, división, y operaciones lógicas si, y, o, no, entre dos números. Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el pitido del temporizador.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO: 

Es el componente del computador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Esta proporciona la característica fundamental del computador digital y son uno de los componentes necesarios encontrados en los computadores de cualquier tiempo.

BUS DE DIRECCIONES

El bus de direcciones es el canal del microprocesador totalmente independiente del bus de datos donde se establece la dirección de memoria del dato en tránsito.

BUS DE DATOS

El bus de datos trabaja en el equipo con el bus de direcciones para transportar los datos a través del computador. El tamaño del bus de datos puede ser de 16, 32 o 64 bits.

BUS DE CONTROL

El bus de control transmite comandos desde la CPU y devuelve una señal de estado desde el dispositivo. El bus de control tiene la tarea de marcar el estado de una instrucción dada al computador.