Download Microprocesador
Document related concepts
no text concepts found
Transcript
Unidad 5 LOS MICROPROCESADORES MONTAJE 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 COMPONENTES DE LA CPU • ALU (Unidad Aritmético-Lógica) – Las otras operaciones lógicas... MONTAJE 8 COMPONENTES DE LA CPU • ALU (Unidad Aritmético-Lógica) – En resumen... A B A AND B A OR B NOT A NOT B A NAND B A NOR B A XOR B A XNOR B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 – Ejemplo.- MONTAJE 9 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 10 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 11 COMPONENTES DE LA CPU • Ejecución de una instrucción – – – – – – 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 12 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 13 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 14 COMPONENTES DE LA CPU • Componentes de la CU MONTAJE 15 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 16 VELOCIDAD DE LA CPU • Ejemplo.– CPU = Pentium III a 600 MHz. CPU es 4 veces – Memoria RAM = 128 MB de tipo PC-133. yLamedia más rápida • finterna = 600 MHz. • fexterna = 133 MHz. 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 • 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? MONTAJE 17 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 18 VELOCIDAD DE LA CPU Overclocking por hardware MONTAJE 19 VELOCIDAD DE LA CPU Overclocking por software MONTAJE 20 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 21 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 22 AUMENTO DE PRESTACIONES • Pipeline (segmentación) MONTAJE 23 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 24 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 25 EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES MONTAJE 26 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 27 EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES MONTAJE 28