UNIVERSIDAD PANAMERICANATALLER 3ARQUITECTURA DE COMPUTADORES25/02/15Ing. Aireth Amaya V.

EL PROCESADOR

El procesador (o tambin llamado microprocesador) consiste en el circuito integrado ms potente conformado por millones de componentes electrnicos que constituye el centro de un sistema informtico; se le suele llamar el cerebro de un computador. El procesador constituye la CPU (Central Processing Unit o Unidad Central de Procesamiento) de un computador y es el encargado de permitir el procesamiento de informacin numrica, ingresada en formato binario, as como la interpretacin y ejecucin de instrucciones almacenadas en la memoria programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritmticas y lgicas simples, para la ejecucin de los diferentes programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario. El procesador funciona a la velocidad de un reloj interno gracias a un cristal de cuarzo que sometido a una corriente elctrica, enva pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (denominada ciclo), corresponde al nmero de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que enva 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un mltiplo de la frecuencia del sistema FSB (Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal), es decir, un mltiplo de la frecuencia de la placa madre. Con cada ciclo de reloj, el procesador ejecuta una accin que corresponde a su vez a una instruccin o bien a una parte de ella. La medida CPI (Cycles Per Instruction o Ciclos por Instruccin) representa el nmero promedio de ciclos de reloj necesarios para que el procesador ejecute una instruccin. En consecuencia, la potencia del procesador puede caracterizarse por el nmero de instrucciones por segundo que es capaz de procesar. Los MIPS (millions of instructions per second o millones de instrucciones por segundo) son las unidades que se utilizan, y corresponden a la frecuencia del procesador dividida por el nmero de CPI. Los procesadores actuales pueden alcanzar los 4GHz (4000.000.000), (aunque no porque un procesador tenga ms o menos gigahercios ser ms o menos rpido que otros ya que influyen otros factores). La medicin del rendimiento de un microprocesador es una tarea compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con diferente efectividad por procesadores de la misma gama. Una mtrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con ncleos de la misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran variedad de diseos con los cuales se comercializan los procesadores de una misma marca y referencia. Un sistema informtico de alto rendimiento puede estar equipado con varios microprocesadores trabajando en paralelo, y un microprocesador puede, a su vez, estar constituido por varios ncleos fsicos o lgicos. Un ncleo fsico se refiere a una porcin interna del microprocesador cuasi-independiente que realiza todas las actividades de una CPU solitaria, un ncleo lgico es la simulacin de un ncleo fsico a fin de repartir de manera ms eficiente el procesamiento. Existe una tendencia de integrar el mayor nmero de elementos dentro del propio procesador, aumentando as la eficiencia energtica y la miniaturizacin. Entre los elementos integrados estn las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses y procesadores dedicados de video. La accin bsica de cualquier procesador, en tanto se mueve a travs de la corriente de instrucciones, se puede descomponer en una serie de cuatro pasos simples, que cada instruccin en la corriente de cdigo debe atravesar para ser ejecutada: 1. Fetch: trae la instruccin que se va a ejecutar, de la direccin almacenada en el contador de programa. 2. Decode: almacena la instruccin en el registro de instrucciones y la descifra, incrementando la direccin en el contador de programa 3. Execute: Ejecuta la instruccin almacenada en el registro de instrucciones. 4. Write: Escribe los resultados de esa instruccin. El procesador est constituido, esencialmente, por registros, cache, unidad de control, una unidad aritmtica lgica (ALU), una unidad de clculo en coma flotante (conocida antiguamente como co-procesador matemtico) y una unidad de administracin del bus (entrada/salida).

Unidad de Control: Es la encargada de activar o desactivar los diversos componentes del procesador en funcin de la instruccin que se est ejecutando y de la etapa de dicha instruccin. La unidad de control (UC) interpreta y ejecuta las instrucciones almacenadas en la memoria principal y genera las seales de control necesarias para ejecutarlas. Unidad Aritmtica y Lgica: Es la que se encarga de realizar todas las operaciones que transforman los datos, en especial operaciones matemticas como la suma y la resta y tomar decisiones lgicas. Unidad de coma Flotante: FPU (Floating Point Unit), llamado tambin coprocesador matemtico, se encarga de la realizacin de operaciones de coma flotante, as como de la divisin de enteros, operaciones como raz cuadrada, y la implementacin de funciones trascendentes como clculo del seno, coseno, tangente, arcotangente, logaritmos y exponenciacin.

Registros: Son un conjunto de reas de dimensiones mnimas de almacenamiento de forma temporal, para la ejecucin de las instrucciones, tienen la ventaja de ser extremadamente rpidos, los registros son como mnimo 10 veces ms veloces que los accesos a RAM. Los registros incluyen: el registro contador (indica qu instruccin sigue), el registro de instruccin (tiene la instruccin que se est ejecutando), el registro acumulador (donde se guardan resultados intermedios) y el registro de estado (que guarda avisos: si el resultado es cero, si es negativo, etc. Cach: Es un rea de trabajo donde se almacenan grupos de datos que se usan muy frecuentemente por el procesador evitando as tener que pedirlos a la memoria principal, este cache se comunica directamente con la memoria principal, evitando el bus general lo que la hace ms rpida. Existen varios niveles de cach: L1: En este nivel la memoria est integrada en el microprocesador y funciona a la misma velocidad que este. L2 y L3: se suelen conectar al procesador mediante el BUS trasero, que es ms rpido que el frontal, pueden estar en el propio procesador o en chips separados, colocados en la placa base. Unidad de administracin de Bus: es el encargado de gestionar las conexiones del procesador con todos los dems dispositivos de la placa base para que funcionen de forma exacta y sincronizada. Es tan importante la velocidad a la que funciona ya que sin una buena velocidad no ser capaz de mantener bajo control sin esfuerzo todos los dispositivos conectados a la placa base. El bus de direcciones determina el tamao mximo que el procesador es capaz de manejar. A partir del intel 80386 este era de 32 bits por lo que manejaba 2^32 posiciones de memoria, lo que se traduca a 4GB. Actualmente modelos como los Athlon de AMD manejan buses de 40 bits que le permiten llegar a 1TB. El bus de datos es el que comunica al procesador con la memoria para intercambio de informacin a procesar o procesada. El habitual es de 64 bits, an en micros de 32. El procesador se conecta al sistema mediante un zcalo especfico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeracin que consta de un disipador de calor fabricado en algn material de alta conductividad trmica, como cobre o aluminio, y de uno o ms ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el ventilador y la cpsula del microprocesador usualmente se coloca pasta trmica para mejorar la conductividad del calor. Existen otros mtodos ms eficaces, como la refrigeracin lquida o el uso de clulas peltier para refrigeracin extrema. Refrigeracin por Aire: Bsicamente consiste en dejar nuestro procesador o, todo el pc al aire libre.Sirve para incrementar la superficie de contacto con el aire para maximizar el calor que ste es capaz de retirar. Refrigeracin pasiva por aire: Las principales ventajas de la disipacin pasiva son: su simplicidad (pues se trata bsicamente de un gran pedazo de metal), su durabilidad (pues carece de piezas mviles) y su bajo costo. Adems no producen ruido. Lo malo es que no son capaces de dispersar grandes cantidades de calor rpidamente. Watercooling: Consiste en refrigerar el sistema con la ayuda de agua. Bombeando agua alrededor de un procesador es posible remover grandes cantidades de calor de ste en poco tiempo, para luego ser disipado por un radiador ubicado en algn lugar dentro (o fuera) del computador. La principal ventaja de la refrigeracin lquida, es su habilidad para enfriar incluso los componentes ms calientes de un pc. Refrigeracin por heat pipe: El heat pipe es un tubo con alta conductividad usado como disipador de calor. Consiste en un tubo cerrado por ambos extremos en cuyo interior hay un fluido a una presin adecuada para que se evapore y condense en un rango determinado de temperatura.Al aplicarle calor en un extremo se evapora el lquido de ese extremo y se desplaza al otro lado, ligeramente ms fro, condensndose y transfirindole el calor. Criogenia: Es uno de los ms raros, carsimos pero super eficaces. Consiste en enfriar el procesador simplemente con nitrgeno lquido o hielo seco. Sin embargo, la muerte de nuestro procesador se acelera debido a los frecuentes cambios de temperatura .La criogenia es utilizada en casos extremos de overclocking y slo por cortos periodos de tiempo. El overclock consiste en subir la frecuencia de reloj del procesador (tambin esta tcnica se puede hacer sobre tarjetas grficas), mejorando el rendimiento del procesador. Este aumento de velocidad produce un mayor gasto energtico, y por tanto, una mayor produccin de calor en el componente. Para combatir el calor se debe tener una buena refrigeracin. /!\ No realice overclocking a menos que sepa lo que hace, cualquier fallo puede dejar irreparable el procesador y/o cualquier otro componente /!\

Socket 775: Es caracterstico de Intel y, tiene como su nombre indica 775 contactos. Un procesador perteneciente al socket 775 es el Intel Core 2 Duo E 7600. Socket 1156: Es caracterstico de Intel y tiene 1156 contactos. Un ejemplo de procesador que encaje en el socket 1156 es el i7-860. Socket 1366: Es caracterstico de Intel y tiene 1366 contactos. Un ejemplo de procesador apto para este socket es el i7 980X AM2+: Es caracterstico de AMD y tiene 940 contactos. Un procesador apto para este socket es el AMD Phenom X3 8250e AM3: Es caracterstico de AMD y tambin tiene 940 contactos. Un procesador apto para este socket es el AMD Phenom x4 955 IV.

TALLER1. Con sus propias palabras diga que es un procesador

El procesador es el cerebro del sistema o de la computadora, es la parte ms importante ya que procesa toda la informacin e interpreta y ejecuta las instrucciones almacenadas en las memorias programadas.

2. Cules son las funciones bsicas de un procesador

Se encarga del control y el procesamiento de datos en todo el ordenador. Para esta tarea es necesario que le ayuden otros elementos capaces de realizar funciones especficas y as liberar de trabajo costoso y difcil al microprocesador.

Unidad Aritmetico-Lgica (ALU): Lleva a cabo las funciones de procesamiento de datos.

Unidades Funcionales: se encargan de operaciones matemticas especficas, y as sacan y facilitan el trabajo al microprocesador. (sumas, multiplicaciones, dividir por nmeros enteros, etc.) Registros: Almacenan datos durante cierto tiempo, dentro la CPU.etc.

3. Haga un diagrama de bloques de la estructura interna del procesador, e indique cules son sus partes y explique su funcin.

4. Explique a que hace referencia el trmino Hertz en un procesador

Se le denominan con el nombre de "picos" corresponde al numero de pulsos que envia por segundos. La velocidad de reloj se le denominada ciclo. En la cual se expresa en Hertz (Hz).

5. Que es overclocking

Consiste en subir la frecuencia de reloj del procesador, esta tcnica tambin es usada para las tarjetas grficas. Mejorando el rendimiento del procesador. Aumenta la velocidad y produce un mayor gasto energtico, es decir produce una mayor temperatura, para combatir la temperatura debe de tener una buena refrigeracin.

6. Consulte en qu consisten los diferentes niveles de cache del procesador y explique las caractersticas y funcin de cada uno

Cach de 1er nivel (L1): Esta cach est integrada en el ncleo del procesador, trabajando a la misma velocidad que este. La cantidad de memoria cach L1 vara de un procesador a otro, estando normalmente entra los 64KB y los 256KB. Esta memoria suele a su vez estar dividida en dos partes dedicadas, una para instrucciones y otra para datos.

Cach de 2 nivel (L2): Integrada tambin en el procesador, aunque no directamente en el ncleo de este, tiene las mismas ventajas que la cach L1, aunque es algo ms lenta que esta. La cach L2 suele ser mayor que la cach L1, pudiendo llegar a superar los 2MB. A diferencia de la cach L1, esta no est dividida, y su utilizacin est ms encaminada a programas que al sistema.

Cach de 3er nivel (L3): Es un tipo de memoria cach ms lenta que la L2, muy poco utilizada en la actualidad. En un principio esta cach estaba incorporada a la placa base, no al procesador, y su velocidad de acceso era bastante ms lenta que una cach de nivel 2 o 1, ya que si bien sigue siendo una memoria de una gran rapidez (muy superior a la RAM, y mucho ms en la poca en la que se utilizaba), depende de la comunicacin entre el procesador y la placa base.