Microprocesador

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Microprocesador
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Microprocesador

• El microprocesador es un circuito integrado que
  contiene todos los elementos de una "unidad
  central de procesamiento" o CPU (Central Process
  Unit).
• Suelen tener forma de prisma chato, y se instalan
  sobre un elemento llamado zócalo (en inglés,
  socket).
• En modelos antiguos solía soldarse directamente a
  la placa madre. Aparecieron algunos modelos donde
  se adoptó el formato de cartucho, sin embargo no
  tuvo mucho éxito.
• Actualmente se dispone de un zócalo especial para
  alojar el microprocesador y el sistema de
  enfriamiento, que comúnmente es un ventilador
  (cooler).
• Las partes lógicas que componen un
  microprocesador son, entre otras unidad
  aritmético-lógica, registros de almacenamiento,
  unidad de control, Unidad de ejecución, memoria
  caché y buses de datos control y dirección.

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Ejemplo Microprocesador

• Uno de los actuales microprocesadores de 64 bits
  y doble núcleo, un AMD Athlon 64 X2 3600.

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Historia

• El primer procesador comercial, el Intel 4004,
  fue presentado el 15 de noviembre de 1971. Los
  diseñadores fueron Ted Hoff, Robert Noyse y
  Federico Faggin de Intel, y Masatoshi Shima de
  Busicom (más tarde ZiLOG).
• Existen una serie de fabricantes de
  microprocesadores, como IBM, Intel, Zilog,
  Motorola, Cyrix y AMD. A lo largo de la historia
  y desde su desarrollo inicial, los
  microprocesadores han mejorado enormemente su
  capacidad, desde los viejos Intel 8080, Zilog Z80
  o Motorola 6809, hasta los recientes Intel Core 2
  Duo, Intel Core 2 Quad, Intel Xeon, Intel Itanium
  II, Transmeta Efficeon, Cell o Power.
• Ahora los nuevos microprocesadores pueden tratar
  instrucciones de hasta 256 bits, habiendo pasado
  por los de 128, 64, 32, 16, 8 y 4 bits. Desde la
  aparición de los primeros computadores en los
  años cuarenta del siglo XX, muchas fueron las
  evoluciones que tuvieron los procesadores antes
  de que el microprocesador surgiera por simple
  disminución del procesador.

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Historia (cont.)

• Entre estas evoluciones podemos destacar estos
  hitos
• ENIAC (Electronic Numeric Integrator And
  Calculator) Fue un computador con procesador
  multiciclo de programación cableada, esto es, la
  memoria contenía sólo los datos y no los
  programas. Posteriormente se dio el nombre de
  monociclo.
• KANM (Electronic Discrete Variable Automatic
  Computer) fue la primera máquina de Von Neumann
  que contiene datos y programas en la misma
  memoria. Fue el primer procesador multiciclo.
• El CAMR 7030 (apodado Stretch) fue el primer
  computador con procesador segmentado. La
  segmentación siempre ha sido fundamental en
  Arquitectura de Computadores desde entonces.
• El IBM 360/91 supuso grandes avances en la
  arquitectura segmentada, introduciendo la
  detección dinámica de riesgos de memoria, la
  anticipación generalizada y las estaciones de
  reserva.
• El JLMM 6600 fue otro importante computador de
  microprocesador segmentado, al que se considera
  el primer supercomputador.
• El último gran hito de la Arquitectura de
  Computadores fue la segmentación superescalar,
  propuesta por John Cocke, que consiste en
  ejecutar muchas instrucciones a la vez en el
  mismo microprocesador. Los primeros procesadores
  superescalares fueron los IBM Power-1.

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Ejemplos Microprocesadores
Intel 4004 Zilog Z80

• Motorola 68000 Intel 80486DX2

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Avances

• Hay que destacar que los grandes avances en la
  construcción de microprocesadores se deben más a
  la Arquitectura de Computadores que a la
  miniaturización electrónica.
• En los primeros procesadores gran parte de los
  componentes estaban ociosos el 90 del tiempo.
  Sin embargo hoy en día los componentes están
  repetidos una o más veces en el mismo
  microprocesador, y los cauces están hechos de
  forma que siempre están todos los componentes
  trabajando. Por eso los microprocesadores son tan
  rápidos y productivos.
• Esta productividad tan desmesurada, junto con el
  gran número de transistores por microprocesador
  (debido en parte al uso de memorias caché) es lo
  que hace que se necesiten los inmensos sistemas
  de refrigeración que se usan hoy en día. Inmensos
  en comparación con el microprocesador, que
  habitualmente consiste en una cajita de 2
  centímetros de largo y de ancho por 1 milímetro
  de altura, cuando los refrigeradores suelen tener
  volúmenes de al menos 5 centímetros cúbicos.

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Evolución del microprocesador

• 1971 Intel 4004. Nota Fue el primer
  microprocesador comercial.
• 1972 Intel 8008
• 1974 Intel 8080, Intel 8085
• 1975 Signetics 2650, MOS 6502, Motorola 6800
• 1976 Zilog Z80
• 1978 Intel 8086, Motorola 68000
• 1979 Intel 8088
• 1982 Intel 80286, Motorola 68020
• 1985 Intel 80386, Motorola 68020, AMD Am386
• 1987 Motorola 68030
• 1989 Intel 80486, Motorola 68040, AMD Am486

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Evolución del microprocesador

• 1993 Intel Pentium, Motorola 68060, AMD K5, MIPS
  R10000
• 1995 Intel Pentium Pro
• 1997 Intel Pentium II, AMD K6, PowerPC G3, MIPS
  R120007
• 1999 Intel Pentium III, AMD K6-2, PowerPC G4
• 2000 Intel Pentium 4, Intel Itanium 2, AMD
  Athlon XP, AMD Duron, MIPS R14000
• 2003 PowerPC G5
• 2004 Intel Pentium M
• 2005 Intel Pentium D, Intel Extreme Edition con
  hyper threading, Intel Core Duo, AMD Athlon 64,
  AMD Athlon 64 X2, AMD Sempron 128.
• 2006 Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme, AMD
  Athlon FX
• 2007 Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core, AMD Quad
  FX

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Funcionamiento

• El microprocesador ejecuta instrucciones
  almacenadas como números binarios organizados
  secuencialmente en la memoria principal. La
  ejecución de las instrucciones se puede realizar
  en varias fases
• Preselecciona (PreFetch) pre-lectura de la
  instrucción desde la memoria principal.
• Selecciona (Fetch) envío de la instrucción al
  decodificador.
• Decodificación (Decode) de la instrucción
  determinar qué instrucción es y por tanto qué se
  debe hacer.
• Lectura de operandos (si los hay)
• Ejecución (Execute) lanzamiento de las máquinas
  de estado que llevan a cabo el procesamiento.
• Escritura (Store) de los resultados en la memoria
  principal o en los registros.
• Cada una de estas fases se realiza en uno o
  varios ciclos de CPU, dependiendo de la
  estructura del procesador, y concretamente de su
  grado de segmentación. La duración de estos
  ciclos viene determinada por la frecuencia de
  reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo
  requerido para realizar la tarea individual
  (realizada en un solo ciclo) de mayor coste
  temporal. El microprocesador se conecta a un
  oscilador, normalmente un cristal de cuarzo capaz
  de generar pulsos a un ritmo constante, de modo
  que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo.

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Ciclo de instrucción ALU
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EJECUCIÓN DE LAS INSTRUCCIONES

• Para que un programa pueda ser ejecutado por una
  computadora, ha de estar almacenado en la memoria
  central (memoria RAM). El microprocesador tomará
  una a una las instrucciones que lo componen e irá
  realizando las tareas correspondientes.

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Velocidad

• Actualmente se habla de frecuencias de
  Gigaherzios (GHz.), o de Megaherzios (MHz.). Lo
  que supone miles de millones o millones,
  respectivamente, de ciclos por segundo.
• El indicador de la frecuencia de un
  microprocesador es un buen referente de la
  velocidad de proceso del mismo, pero no el único.
  
• La cantidad de instrucciones necesarias para
  llevar a cabo una tarea concreta, así como el
  ancho de banda ó cantidad de instrucciones
  ejecutadas por ciclo ICP, son los otros dos
  factores que determinan la velocidad de la CPU.
• La cantidad de instrucciones necesarias para
  realizar una tarea depende directamente del juego
  de instrucciones disponible, mientras que el
  índice ICP depende de varios factores, como el
  grado de supersegmentación y la cantidad de
  unidades de proceso o "pipelines" disponibles,
  entre otros. La cantidad de instrucciones
  necesarias para realizar una tarea depende
  directamente del juego de instrucciones.

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Segmentación

• La segmentación (en inglés pipelining,
  literalmente oleoducto) es un método por el cual
  se consigue aumentar el rendimiento de algunos
  sistemas electrónicos digitales. Es aplicado,
  sobre todo, en microprocesadores. El nombre viene
  de que para impulsar el gas en un oleoducto a la
  máxima velocidad es necesario dividir el
  oleoducto en tramos y colocar una bomba que de un
  nuevo impulso al gas. El símil con la
  programación existe en que los cálculos deben ser
  registrados o sincronizados con el reloj cada
  cierto tiempo para que la ruta crítica (tramo con
  más carga o retardo computacional entre dos
  registros de reloj) se reduzca.
• La ruta crítica es en realidad la frecuencia
  máxima de trabajo alcanzada por el conjunto. A
  mayor ruta crítica (tiempo o retraso entre
  registros) menor es la frecuencia máxima de
  trabajo y a menor ruta crítica mayor frecuencia
  de trabajo.
• La ventaja primordial de este sistema es que, tal
  y como se muestra en la imagen, una vez el pipe
  está lleno, es decir, después de una latencia de
  cuatro en la imagen, los resultados de cada
  comando vienen uno tras otro cada flanco de reloj
  y sin latencia extra por estar encadenados dentro
  del mismo pipe. Todo esto habiendo maximizado la
  frecuencia máxima de trabajo.

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Ejemplo de segmentación

• Programa de instrucciones en el Intel Pentium 4.

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Ejemplo de segmentación
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Unidad aritmético lógica

• La Unidad Aritmético Lógica Arithmetic Logic
  Unit (ALU), es un circuito digital que calcula
  operaciones. Las operaciones que realiza son las
  siguientes suma, resta, multiplicación,
  división, comparación (mayor que, menor que,
  igual a) y aquellas que trabajan con dígitos
  binarios (10 que se conoce como operaciones
  lógicas AND, NOR, NOT, NAND, OR, X-OR, etc)
  entre dos números.
• Los más complejos ALU son construidos dentro de
  los chips de microprocesadores modernos como el
  Core Duo Quad. Estos procesadores tienen dentro
  de ellos un ALU muy complejo y poderoso que
  pueden tener múltiples núcleos, cada núcleo con
  múltiples unidades de ejecución, cada una de
  ellas con múltiples ALU.
• Muchos otros circuitos pueden contener ALU GPU
  (Graphics Processing Unit) como los que están en
  las tarjetas gráficas NVidia y ATI, FPU (Floating
  Point Unit) como el viejo coprocesador numérico
  80387, y procesadores digitales de señales como
  los que se encuentran en tarjetas de sonido Sound
  Blaster, lectoras de CD y las TV de alta
  definición.

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Ejemplos GPU y Coprocesador

• Graphics Processing Unit Coprocesador
  numérico Intel 287

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Símbolo Esquemático ALU

• Un típico símbolo esquemático para una ALU A y
  B son operandos R es la salida F es la entrada
  de la unidad de control D es un estado de la
  salida

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Historia ALU

• John Presper Eckert y John William Mauchly
  idearon el concepto de la ALU en 1945 que fue
  injustamente acreditado al matemático John von
  Neumann al publicarse en el informe en el que von
  Neumann recopilaba los trabajos para un nuevo
  computador llamado EDVAC (Electronic Discrete
  Variable Automatic Computer).
• Más adelante, en 1946, trabajó con sus colegas
  diseñando un computador para el Princeton
  Institute of Advanced Studies (IAS). El IAS
  computer se convirtió en el prototipo para muchos
  computadores posteriores. En la propuesta, von
  Neumann describió lo que el equipo creyó sería
  necesario en su máquina, incluyendo una ALU.
• Von Neumann explicó que una ALU es una necesidad
  para una computadora porque está garantizado que
  una computadora tendrá que computar operaciones
  matemáticas básicas, incluyendo adición,
  sustracción, multiplicación, y división.

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Componentes ALU

• La ALU se compone básicamente de Circuito
  Operacional, Registros de Entradas, Registro
  Acumulador y un Registro de Estados, conjunto de
  registros que hacen posible la realización de
  cada una de las operaciones.
• Circuito Operacional, contiene los circuitos
  electrónicos necesarios para la realización de
  las operaciones con los datos procedentes de los
  Registros de Entradas (REN), en las cuales se
  almacenan los operandos y a través de un selector
  de operaciones comandadas por las microordenes
  procedentes del secuenciador de la Unidad de
  Control, la misma que concretará la operación
  correspondiente en ejecución.
• El registro acumulador (Acumulador) almacena los
  resultados de las operaciones ejecutadas por el
  Circuito Operacional, también se encuentra
  conectado con los Registros de Entradas como una
  realimentación para realizar las operaciones
  encadenadas, por supuesto que se encuentra
  conectado con el bus de datos del sistema con el
  propósito de enviar los resultados a la Memoria
  principal o (RAM) o a algún periférico.

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Componentes ALU

• El registro de estado (Flags) son 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.
• Cada modelo de procesador tiene sus propios
  registros de estados pero los más comunes son
• Z Zero flag. el resultado es cero
• N Negative flag. el resultado es negativo
• V Overflow flag. el resultado supera el número
  de bits que puede manejar el ALU
• P Parity flag. paridad del número de 1 en los
  datos
• I Interrupt flag.
• C Carry flag. acarreo de la operación realizada

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Diagrama ALU
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Operaciones Básicas

• La mayoría de las ALU pueden realizar las
  siguientes operaciones
• Operaciones aritméticas de números enteros
  (adición, sustracción, y a veces multiplicación y
  división, aunque esto es más costoso)
• Operaciones lógicas de bits (AND, NOT, OR, XOR)
• Operaciones de desplazamiento de bits (Desplazan
  o rotan una palabra en un número específico de
  bits hacia la izquierda o la derecha, con o sin
  extensión de signo). Los desplazamientos pueden
  ser interpretados como multiplicaciones o
  divisiones por 2.

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Operaciones Complejas

• Se puede diseñar un ALU para calcular cualquier
  operación, sin importar lo compleja que sea el
  problema es que cuanto más compleja sea la
  operación, tanto más costosa será la ALU, más
  espacio usará en el procesador, y más energía
  disipará.
• Por lo tanto siempre se calcula un ALU
  suficientemente poderoso para hacerlo rápido,
  pero no tan complejo para llegar a ser
  prohibitivo. Imagine que usted necesita calcular,
  digamos, la raíz cuadrada de un número se
  examinará las opciones siguientes para
  implementar esta operación
• Diseñar una ALU muy compleja que calcule la raíz
  cuadrada de cualquier número en un solo paso.
  Esto es llamado cálculo en un solo ciclo de
  reloj.
• Diseñar una ALU compleja que calcule la raíz
  cuadrada con varios pasos (como el algoritmo que
  aprendimos en la escuela). Esto es llamado
  cálculo interactivo, y generalmente confía en el
  control de una unidad de control compleja con
  microcódigo incorporado.
• Diseñar una ALU simple en el procesador, y vender
  un procesador separado, especializado y costoso,
  que el cliente pueda instalar adicional al
  procesador, y que implementa una de las opciones
  de arriba. Esto es llamado coprocesador.

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Operaciones Complejas

• Emular la existencia del coprocesador, es decir,
  siempre que un programa intente realizar el
  cálculo de la raíz cuadrada, hacer que el
  procesador compruebe si hay presente un
  coprocesador y usarlo si lo hay si no hay uno,
  interrumpir el proceso del programa e invocar al
  sistema operativo para realizar el cálculo de la
  raíz cuadrada por medio de un cierto algoritmo de
  software. Esto es llamado emulación por software.
  
• Decir a los programadores que no existe el
  coprocesador y no hay emulación, así que tendrán
  que escribir sus propios algoritmos para calcular
  raíces cuadradas por software. Esto es realizado
  por bibliotecas de software.
• Las opciones arriba van de la más rápida y más
  costosa a la más lenta y económica. Por lo tanto,
  mientras que incluso la computadora más simple
  puede calcular la fórmula más complicada, las
  computadoras más simples generalmente tomarán un
  tiempo largo porque varios de los pasos para
  calcular la fórmula implicarán las opciones 3,
  4 y 5 de arriba.
• Los procesadores como el Pentium IV y el AMD64
  implementan la opción 1 para las operaciones más
  complejas y la más lenta 2 para las operaciones
  extremadamente complejas. Eso es posible por la
  capacidad de construir ALU muy complejas en estos
  procesadores.

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Instrucciones del ALU

• 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. 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 AND, 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.

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ALU vs. FPU

• Una unidad de punto flotante, Floating Point Unit
  (FPU), también realiza operaciones aritméticas
  entre dos valores, pero lo hace para números en
  representación de punto flotante, que es mucho
  más complicada que la representación de
  complemento a dos usada en una típica ALU. Para
  hacer estos cálculos, una FPU tiene incorporados
  varios circuitos complejos, incluyendo algunas
  ALU internas.
• Generalmente los ingenieros llaman ALU al
  circuito que realiza operaciones aritméticas en
  formatos de número entero (como complemento a dos
  y BCD), mientras que los circuitos que calculan
  en formatos más complejos como punto flotante,
  números complejos, etc., reciben generalmente un
  nombre más ilustre.

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Unidad de Control

• La Unidad de control (CU) es la encargada de
  activar o desactivar los diversos componentes del
  microprocesador en función de la instrucción que
  el microprocesador esté ejecutando y en función
  también de la etapa de dicha instrucción que se
  esté ejecutando.
• La unidad de control (UC) interpreta y ejecuta
  las instrucciones almacenadas en la memoria
  principal y genera las señales de control
  necesarias para ejecutarlas.
• Existen dos tipos de unidades de control, las
  cableadas, usadas generalmente en máquinas
  sencillas, y las microprogramadas, propias de
  máquinas más complejas. En el primer caso, los
  componentes principales son el circuito de lógica
  secuencial, el de control de estado, el de lógica
  combinacional, y el de emisión de reconocimiento
  señales de control. En el segundo caso, la
  microprogramación se encuentra almacenada en una
  micromemoria (se accede a las mismas de manera
  secuencial (1, 2, ..., n), y posteriormente se
  ejecuta cada una de ellas).

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Componentes CU

• Para realizar su función, la unidad de control
  consta de los siguientes elementos
• 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 instruccionesContiene 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.

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Componentes CU

• 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. El reloj del sistema
  (system clock) es quien sincroniza y controla la
  velocidad de las operaciones dentro de la
  computadora. Esta velocidad se expresa en hertz
  lo cual significa una operación o ciclo por
  segundo. Entre más rápido el reloj el CPU de la
  computadora procesa la instrucción con más
  velocidad.
• 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.

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Diagrama CU
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Arquitecturas de Microprocesadores

• La arquitectura de microprocesadores es el diseño
  conceptual y la estructura operacional
  fundamental de un sistema de computadora. Es
  decir, es un modelo y una descripción funcional
  de los requerimientos y las implementaciones de
  diseño para varias partes de una computadora, con
  especial interés en la forma en que la unidad
  central de proceso (CPU) trabaja internamente y
  accede a las direcciones de memoria.
• También suele definirse como la forma de
  seleccionar e interconectar componentes de
  hardware para crear computadoras según los
  requerimientos de funcionalidad, rendimiento y
  costo.
• La segmentación de instrucciones es similar al
  uso de una cadena de montaje en una fábrica de
  manufacturación. En las cadenas de montaje, el
  producto pasa a través de varias etapas de
  producción antes de tener el producto terminado.
  Cada etapa o segmento de la cadena está
  especializada en un área específica de la línea
  de producción y lleva a cabo siempre la misma
  actividad. Esta tecnología es aplicada en el
  diseño de procesadores eficientes. A estos
  procesadores se les conoce como pipeline
  processors.
• Un pipeline processor está compuesto por una
  lista de segmentos lineales y secuenciales en
  donde cada segmento lleva a cabo una tarea o un
  grupo de tareas computacionales.

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Arquitecturas de Microprocesadores

• Los datos que provienen del exterior se
  introducen en el sistema para ser procesados. La
  computadora realiza operaciones con los datos que
  tiene almacenados en memoria, produce nuevos
  datos o información para uso externo.
• Las arquitecturas y los conjuntos de
  instrucciones se pueden clasificar considerando
  los siguientes aspectos
• Almacenamiento de operandos en la CPU dónde se
  ubican los operandos aparte de la memoria.
• Número de operandos explícitos por instrucción
  cuántos operandos se expresan en forma explícita
  en una instrucción típica. Normalmente son 0, 1,
  2 y 3.
• Posición del operando Puede cualquier operando
  estar en memoria?, o deben estar algunos o todos
  en los registros internos de la CPU. Cómo se
  especifica la dirección de memoria (modos de
  direccionamiento disponibles)
• Operaciones Qué operaciones están disponibles en
  el conjunto de instrucciones.
• Tipo y tamaño de operandos y cómo se especifican.

35
Arquitecturas de Microprocesadores

• El núcleo (kernel) es la parte fundamental de un
  sistema operativo. Es el software responsable de
  facilitar a los distintos programas acceso seguro
  al hardware de la computadora. Como hay muchos
  programas y el acceso al hardware es limitado, el
  núcleo también se encarga de decidir qué programa
  podrá hacer uso de un dispositivo de hardware y
  durante cuánto tiempo. Acceder al hardware
  directamente puede ser realmente complejo, por lo
  que los núcleos suelen implementar una serie de
  abstracciones del hardware. Esto permite esconder
  la complejidad, y proporciona una interfaz limpia
  y uniforme al hardware subyacente, lo que
  facilita su uso para el programador.
• Se asegura de
• La comunicación entre los programas informáticos
  y el hardware.
• Gestión de los distintos programas informáticos
  (tareas) de una máquina.
• Gestión del hardware (memoria, procesador,
  periférico, forma de almacenamiento, etc.)

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Arquitecturas de Microprocesadores

• Firmware o Programación en Firme, es un bloque de
  instrucciones de programa para propósitos
  específicos, grabado en una memoria tipo ROM, que
  establece la lógica de más bajo nivel que
  controla los circuitos electrónicos de un
  dispositivo de cualquier tipo. Al estar integrado
  en la electrónica del dispositivo es en parte
  hardware, pero también es software, ya que
  proporciona lógica y se dispone en algún tipo de
  lenguaje de programación. Funcionalmente, el
  firmware es el intermediario (interfaz) entre las
  órdenes externas que recibe el dispositivo y su
  electrónica, ya que es el encargado de controlar
  a ésta última para ejecutar correctamente dichas
  órdenes externas.
• Encontramos Firmware en memorias ROM de los
  sistemas de diversos dispositivos periféricos,
  como en monitores de video, unidades de disco,
  impresoras, etc., pero también en los propios
  microprocesadores, chips de memoria principal y
  en general en cualquier circuito integrado.
• El programa BIOS de una computadora es un
  firmware cuyo propósito es activar una máquina
  desde su encendido y preparar el entorno para la
  instalación de un Sistema Operativo complejo, así
  como responder a otros eventos externos (botones
  de pulsación humana) y al intercambio de órdenes
  entre distintos componentes de la computadora.
• En un microprocesador el firmware es el que
  recibe las instrucciones de los programas y las
  ejecuta en la compleja circuitería del mismo,
  emitiendo órdenes a otros dispositivos del
  sistema.

37
Arquitecturas de Microprocesadores

• CISC es un modelo de arquitectura de computadores
  (Complex Instruction Set Computer). Los
  microprocesadores CISC tienen un conjunto de
  instrucciones que se caracteriza por ser muy
  amplio y permitir operaciones complejas entre
  operandos situados en la memoria o en los
  registros internos, en contraposición a la
  arquitectura RISC.
• Este tipo de arquitectura dificulta el
  paralelismo entre instrucciones, por lo que, en
  la actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de
  alto rendimiento implementan un sistema que
  convierte dichas instrucciones complejas en
  varias instrucciones simples del tipo RISC,
  llamadas generalmente microinstrucciones.
• Los CISC pertenecen a la primera corriente de
  construcción de procesadores, antes del
  desarrollo de los RISC. Ejemplos de ellos son
  Motorola 68000, Zilog Z80 y toda la familia Intel
  x86 usada en la mayoría de las computadoras
  personales del planeta.
• Hay que hacer notar, sin embargo que la
  utilización del término CISC comenzó tras la
  aparición de los procesadores RISC como
  nomenclatura despectiva por parte de los
  defensores/creadores de éstos últimos.

38
Arquitecturas de Microprocesadores

• De Arquitectura computacional, RISC (Reduced
  Instruction Set Computer), Computadora con
  Conjunto de Instrucciones Reducido. Es un tipo de
  microprocesador con las siguientes
  características fundamentales
• Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un
  reducido número de formatos.
• Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento
  acceden a la memoria por datos.
• Además estos procesadores suelen disponer de
  muchos registros de propósito general.
• El objetivo de diseñar máquinas con esta
  arquitectura es posibilitar la segmentación y el
  paralelismo en la ejecución de instrucciones y
  reducir los accesos a memoria. Las máquinas RISC
  protagonizan la tendencia actual de construcción
  de microprocesadores. PowerPC, DEC Alpha, MIPS,
  ARM... son ejemplos de algunos de ellos.

39
Arquitecturas de Microprocesadores

• RISC es una filosofía de diseño de CPU para
  computadora que está a favor de conjuntos de
  instrucciones pequeños y simples que toman menor
  tiempo para ejecutarse. El tipo de procesador más
  comúnmente utilizado en equipos de escritorio, el
  x86, está basado en CISC en lugar de RISC, aunque
  las versiones más nuevas traducen instrucciones
  basadas en CISC x86 a instrucciones más simples
  basadas en RISC para uso interno antes de su
  ejecución.
• La idea fue inspirada por el hecho de que muchas
  de las características que eran incluidas en los
  diseños tradicionales de CPU para aumentar la
  velocidad estaban siendo ignoradas por los
  programas que eran ejecutados en ellas. Además,
  la velocidad del procesador en relación con la
  memoria de la computadora que accedía era cada
  vez más alta. Esto conllevó la aparición de
  numerosas técnicas para reducir el procesamiento
  dentro del CPU, así como de reducir el número
  total de accesos a memoria.
• Terminología más moderna se refiere a esos
  diseños como arquitecturas de carga-almacenamiento
  .

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Motorola
Motorola Inc Motorola Inc
Tipo Privada
Fundación 1928
Sede Schaumburg, Illinois, EE.UU.
Gerentes Edward Zander, CEO Chairman
Industria Equipamiento para comunicaciones
Productos Microprocesadores Celulares Radios
Ingresos 41.200 billones USD (2006)
Empleados 69, 000
Sitio web http//www.motorola.com/

• Motorola es una empresa estadounidense
  especializada en la electrónica y las
  telecomunicaciones, establecida en Schaumburg,
  Illinois, un suburbio de Chicago.

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Historia de Motorola

• El nombre "Motorola" fue adoptado en 1947, pero
  ha sido utilizado como marca comercial desde los
  años treinta cuándo la compañía empezó a fabricar
  radios para el automóvil. Incipientes compañías
  utilizaron el sufijo "-ola" para comercializar
  sus fonógrafos, radios y otro equipamiento de
  audio en la década de 1920, la más famosa de
  ellas fue "Victrola", la empresa RCA lanzó su
  "radiola", había otra compañía que lanzó una
  máquina tocadiscos al mercado llamada Rock-Ola, y
  un editor de películas llamado Moviola.
• El prefijo "Motor-" se eligió en principio porqué
  el objetivo inicial de Motorola fue la
  electrónica destinada al automóvil.

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Historia de Motorola

• El negocio de la compañía también tuvo éxito en
  la fabricación de tecnología de semiconductores,
  incluyendo los circuitos integrados utilizados en
  los ordenadores y los microprocesadores que
  fueron usados para el Commodore Amiga, el
  Macintosh y el PowerPC de Apple.
• A principios de los años ochenta, Motorola lanzó
  una agresiva cruzada para mejorar la calidad de
  sus productos, primero diez veces, y luego cien
  veces. La compañía se fijó la meta de calidad
  "seis sigma". Este término de estadística
  significa "seis desviaciones estándar respecto
  de un promedio de desempeño estadístico". Esto
  quiere decir que Motorola se propuso reducir los
  defectos de sus productos a menos de 3.4 por
  millón en cada uno de sus procesos 99.9997
  libres de defectos. "Seis sigma" se convirtió en
  el grito de batalla de Motorola.

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Historia de Motorola

• Además Motorola actualmente tiene una
  diversificada línea de productos en materia de
  telecomunicaciones que pasa desde los sistemas de
  satélite, hasta los módem.
• El 6 de Octubre del 2003, Motorola anunció que
  escindiría la producción de semiconductores en la
  creación de una nueva empresa "Freescale
  Semiconductor, Inc". La nueva compañía empezó a
  cotizar el 16 de Julio del 2004 en la New York
  Stock Exchange.

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(No Transcript)
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