El Microprocesador
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El microprocesador tiene una arquitectura practica a la
de la computadora en otras palabras el microprocesador es como un computador
digital porque realiza cálculos bajo programa de control. El hizo posible la
fabricación de potentes calculadoras y muchos otros dispositivos, utiliza el
mismo tipo de lógica usado en la CPU de una computadora digital en algunas
veces llamado unidad de microprocesador (MPU).
Encapsulado: Es lo que rodea a la oblea de silicio en sí, para darle
consistencia, impedir su deterioro (oxidación) y permitir el enlace con los
conectores externos que lo acoplaran a su zócalo o placa base.
Memoria Cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el microprocesador
para tener alcance directo con ciertos datos que predeciblemente serán
utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM
reduciendo el tiempo así para la adquisición de datos. Todos los
microprocesadores compatibles con PC
poseen la llamada cache interna o de primer nivel L1; es decir la que está dentro del
microprocesador encapsulado junto a él los micros más modernos incluyendo
también su interior otro nivel de cache más grande aunque algo menos rápida es
la cache de 2do nivel L2 incluso los hay con memoria de 3er nivel o L3.
Registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines
especiales que el microprocesador tiene disponibles para algunos usos
particulares, hay varios tipos de registros en cada procesador. Un grupo de
registros está diseñado para control del programador y hay otros que no son
diseñados para no ser controlados.
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 ahí. La memoria
es una parte interna de la computadora y su función es proporcionar un espacio
de almacenamiento al trabajo en curso.
Puertos: Es la manera en el que el procesador se comunica con el
exterior ejemplo: un puerto es análogo a una línea de teléfono, tiene asignado
un número de puerto que el procesador utiliza como si fueran un número de
teléfono para llamar circuitos o partes esenciales.
Tipos de Arquitectura en la evolución del
CPU
Arquitectura
Cisc:
Su sistema de trabajo se basa en la
microprogramación esto significa que cada instrucción de maquina es
interpretada por un microprograma localizado en una memoria en el circuito
integrado del procesador.
Arquitectura
Risc:
Microprocesador con un conjunto de instrucciones muy
reducidas en contraposición. Se basa en estructuras simples y por lo tanto su
complejidad total de la CPU es menor.
Evolución
del CPU.
La CPU es
el motor del ordenador, es la cabeza pensante del cuerpo, en definitiva es el
ordenador. El CPU 8086
fue uno de los primeros CPU’s de 16 Bits que salió al mercado, y era muy
avanzado a su época. Los primeros ordenadores basados en 8086, todos ellos de IBM,
tenían una memoria de 64KB.
Los
primeros IBM PC tenían incorporado el BASIC, y como sistema de almacenamiento
de masa tenía un casete. Posteriormente, se añadió la disquetera.
Como sistema operativo, se utilizó el famoso CP/M.
La
evolución del software hizo que pronto se quedara corta la memoria. Se
hicieron ampliaciones a 128Kbytes, 256Kbytes, 512Kbytes y 640KBytes.
La
serie 8086/8088 tenía poca potencia de cálculo, sobre todo debido a su baja
velocidad de proceso, que ya sabemos era de 4,77 MHz. Es por eso por
lo que Intel siguió investigando en el mundo de los procesadores, presentando
en sociedad al 80186/80188.
Estos
CPU’s estaban optimizados en el tiempo de ejecución de las instrucciones.
Arquitectura Multinúcleo
Historia
Como
historia se puede decir que el primer procesador multinúcleo en el mercado fue
el IBM Power 4 en el año 2000. Una alternativa a los procesadores multinúcleo
son los sistemas multiprocesadores, que consisten en una placa madre que podía
soportar desde 2 a más procesadores. El rendimiento es bastante bueno, pero
también es bastante caro.
Descripción
Un
microprocesador multinúcleo es aquel que combina dos o más procesadores
independientes en un sólo circuito integrado. Un dispositivo doble núcleo
contiene solamente dos microprocesadores independientes. En general, los
microprocesadores multinúcleo permiten que una computadora trabaje con
Multiprocesamiento, es decir procesamiento en simultáneo con dos o más
procesadores. Por otro lado, la tecnología de doble núcleo mejora el rendimiento
de los entornos de trabajo multitarea y las aplicaciones con múltiples
subprocesos. Por ejemplo, permite que aplicaciones fundamentales como antivirus
o antiespías se ejecuten al mismo tiempo que aplicaciones empresariales con un
impacto mínimo sobre el rendimiento del sistema.
Durante
agosto de 2007 comenzaron a aparecer los procesadores de cuádruple núcleo,
encabezados por el lanzamiento del Core 2 Quad de Intel. En el caso de las
computadoras portátiles.
Clases de procesadores multinúcleo
Antes de
comenzar a nombrar los diferentes procesadores multinúcleo definiremos lo que
es Hyperthreading.
Hyperthreading:
esta tecnología fue creada por Intel, para los procesadores Pentium 4 más
avanzados. El Hyperthreading hace que el procesador funcione como si fuera dos
procesadores. Esto fue hecho para que tenga la posibilidad de trabajar de forma
multihilo (multithread) real, es decir pueda ejecutar muchos hilos
simultáneamente.
Un
procesador con la tecnología Hyperthreading tiene un 5% más de transistores que
el mismo procesador sin esa tecnología.
Clases de Procesadores
Intel lanzó ésta gama de procesadores de doble
núcleo y CPU’s 2x2 MCM (módulo Multi-Chip) de cuatro núcleos con el conjunto de
instrucciones x86-64, basado en la nueva arquitectura Core de Intel.
Esta microarquitectura Core regresó a velocidades de CPU bajas y
mejoró el uso del procesador de ambos ciclos de velocidad y energía comparados
con anteriores NetBurst de los CPU Pentium 4/D2. La microarquitectura Core
provee etapas de decodificación, unidades de ejecución, caché y buses más eficientes,
reduciendo el consumo de energía de CPU Core 2, mientras se incrementa la
capacidad de procesamiento.
Phenom fue el nombre dado por Advanced Micro Devices
(AMD) a la primera generación de procesadores de tres y cuatro núcleos basados
en la microarquitectura K10. Todos los Phenom tienen tecnología de 65
nanómetros lograda a través de tecnología de fabricación Silicón on insulator
(SOI). Los procesadores Phenom están diseñados para facilitar el uso
inteligente de energía y recursos del sistema, listos para la virtualización. Todas
las CPU Phenom poseen características tales como controlador de memoria DDR2
integrado, tecnología HyperTransport y unidades de coma
flotante de 128 bits, para
incrementar la velocidad y el rendimiento de los cálculos de coma flotante.
Los Core i7 son los primeros procesadores que usan
la microarquitectura Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia Intel Core
2.
Phenom II es el nombre dado por AMD a una familia
de microprocesadores o CPU’s multinúcleo (multicore) fabricados en 45 nm, la
cual sucede al Phenom original y dieron soporte a DDR3. Una de las ventajas del
paso de los 65 nm a los 45 nm, es que permitió aumentar la cantidad de caché
L3. De hecho, ésta se incrementó de una manera generosa, pasando de los 2 MiB
del Phenom original a 6 MiB.
Llegan para remplazar los chips Nehalem, con Intel
Core i3, Intel Core i5 e Intel Core i7 serie 2000 y Pentium G.
Intel lanzó sus procesadores que se conocen con el
nombre en clave Sandy Bridge. Estos procesadores Intel Core que no tienen
sustanciales cambios en arquitectura respecto a nehalem, pero si los necesarios
para hacerlos más eficientes y rápidos que los modelos anteriores. Es la
segunda generación de los Intel Core con nuevas instrucciones de 256 bits,
duplicando el rendimiento, mejorando el desempeño en 3D y todo lo que se
relacione con operación en multimedia.
AMD Fusión es el nombre clave para un diseño futuro de
microprocesadores Turión, producto de la fusión entre AMD y ATI, combinando con la ejecución general del
procesador, el proceso de la geometría 3D y otras funciones de GPUs actuales.
Ivy Bridge es el nombre en clave de los
procesadores conocidos como Intel Core de tercera generación.
2013: El Intel Core Haswell
Son la corrección de errores de la tercera
generación e implementan nuevas tecnologías gráficas para el gamming y el
diseño gráfico, funcionando con un menor consumo y teniendo un mejor
rendimiento a un buen precio.
-Continúa como su predecesor en 22 nanómetros pero
funciona con un nuevo socket con clave 1150.
-Tienen un costo elevado a comparación con los
APU's y FX de AMD pero tienen un mayor rendimiento.
Multihilo
Las
unidades centrales de procesamiento con capacidad para multihilo
(multithreading en inglés) tienen soporte en hardware para ejecutar
eficientemente múltiples hilos de ejecución.
El
paradigma de multihilo ha llegado a ser más popular a medida que los esfuerzos
para llevar más adelante el paralelismo a nivel de
instrucción se han atascado desde finales de los años 1990. Esto
permitió que reemergiera a una posición destacada el concepto de computación de rendimiento a
partir del más especializado campo del procesamiento transaccional:
·
Aunque es muy difícil acelerar un solo hilo o un
solo programa, la mayoría de los sistemas de computadores son realmente multitarea entre
múltiples hilos o programas.
·
Las técnicas que permitirían acelerar el
rendimiento total del procesamiento del sistema en todas las tareas (tasks)
darían como resultado un aumento significativo del rendimiento.
Una
cierta crítica del multihilo incluye:
·
Los múltiples hilos pueden interferir uno con el
otro al compartir recursos de hardware como cachés o Translation Lookaside Buffer (TLB).
·
Los tiempos de ejecución de un solo hilo no son
mejorados, sino por el contrario, pueden ser degradados.
·
El soporte de hardware para multihilo es más
visible al software que el multiprocesamiento, por lo tanto requiriendo más cambios tanto a
las aplicaciones como
el sistema operativo.
Las
técnicas de hardware usadas para soportar multihilo a menudo paralelizan las
técnicas de software usadas para la multitarea de
los programas de
computadora.
Formas de multihilo
Los sistemas operativos generalmente implementan hilos de dos
maneras:
Multihilo apropiativo: permite al sistema operativo determinar cuándo debe haber un
cambio de contexto. La desventaja de esto es que el sistema puede hacer un
cambio de contexto en un momento inadecuado, causando un fenómeno conocido como
inversión de prioridades y otros problemas.
Multihilo cooperativo: depende del mismo hilo abandonar el control cuando llega a un punto de detención, lo cual puede traer problemas cuando el hilo espera la disponibilidad de un recurso.
En pocas palabras multihilos consiste en dividir el trabajo de
un programa en diferentes hilos de ejecución. Los hilos pueden correr
procesadores separados, incrementando de esta manera el desempeño de las
aplicaciones.
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