EL PROCESADOR

¿Qué es un procesador?

El Procesador es un circuito cerrado de múltiples funciones Que ejecuta el SO, las aplicaciones  y programas. Solo ejecuta instrucciones de un lenguaje de bajo nivel, realiza operaciones aritméticas como suma, resta, multiplicación y división y binarias simples. Este se compone de varias partes que funcionan juntas para llevar a cabo funciones y acciones que se traducen a un sistema de procesamiento de palabras o un juego en el PC, un procesador se compone capa sobre capa de circuitos electrónicos que literalmente están tallados en silicio y germanio. El silicio es un elemento que se encuentra comúnmente en el ambiente. El silicio es el principal material de construcción empleado en la fabricación de circuitos integrados (chips) que se utiliza para construir el procesador y en ultimas la computadora.Se usa en circuitos electrónicos porque es un excelente semiconductor, es decir, no es ni conductor ni aislador, pero puede alterarse químicamente para ser cualquiera de los dos  Los microprocesadores están adheridos a la tarjeta madre de la computadora. Existen varios tipos  de montajes. Zif o PGA (Zero insertión force), LGA (Land Grid Array) y BGA (Ball Grid Array). Algunos procesadores están disponible solo en un tipo de montaje, otros, como los Celeron de Intel, están disponibles en ambos. Hay muchos tipos de socket diez de ellos más comúnmente utilizados, así mismo existen cuatro tipos de ranuras utilizadas para adjuntar microprocesadores a las tarjetas madre.

En cualquier caso la CPU debe ocuparse de generar las señales de control necesarias y ejecutar el programa del usuario. Para ello realiza varias tareas, las cuales se pueden dividir en dos subtareas o fases:

1. FASE DE BUSQUEDA (FETCH): Donde se realiza el acceso a la memoria del sistema para leer la instrucción.

2. FASE DE EJECUCIÓN: Donde se realiza la interpretación de la instrucción y la activación de los recursos necesarios para su ejecución.

Para realizar estas tareas la CPU se divide en varios bloques funcionales interconectados mediante buses internos. Se pueden utilizar uno o más buses independientes según las características y prestaciones que se deseen. En las CPU de aplicaciones general suele usarse un bus único que se comparte entre los diferentes subsistemas, lo que permite una única transferencia simultánea. Si se desea incrementar la capacidad de transferencia u optimizar el acceso simultáneo a más de un dato, se diseña la CPU con dos o más buses internos, de tal forma que sea posible realizar transferencias simultáneas, acceder a más de un dato en una única operación, separar los caminos de los datos y de las instrucciones, entre otras.

•UNIDAD ARITMÉTICO-LÓGICA (ALU). Cuya función es realizar las operaciones aritméticas y lógicas. La operación a realizar la indica la unidad de control. Los operadores se guardan en registros al igual que el resultado. Si el registro donde se guarda el resultado es específico se llama acumulador.

•UNIDAD DE CONTROL (UC): Su tarea es generar señales de control necesarias para organizar los flujos de información externos e internos entre la CPU y el resto del sistema.

•REGISTROS: Son elementos de memoria que sirven para guardar información importante y necesaria para la CPU. Los podemos agrupar en dos grandes tipos:

Generales: Contienen los operandos que se especifican en las instrucciones del programa. Como su nombre indica son de carácter general, aunque algunos de ellos pueden tener misiones específicas, como es el caso del registro acumulador, el cual almacena el resultado de las operaciones aritméticas y lógicas.

  Específicos: Son aquellos en los que su contenido y/o uso cumplen una función concreta. Entre los más comunes están:

  PC: controlador de programa (Program Counter). Contiene la dirección de la próxima instrucción a ejecutar.

  IR: Registro de instrucción (Instruction Register). Contiene el código de operación de la instrucción en ejecución.

  SR: Registro de Estado (Status Register). Contiene bits de control y estado que indican el resultado de ciertas operaciones e informaciones relevantes de la CPU tras la ejecución de cada instrucción.

  SP: Puntero de pila (Stack Pointer). Almacena la dirección de un bloque de memoria principal conocido como pila, donde la CPU guarda información temporalmente. El acceso se realiza según un esquema LIFO (Last In First Out).

Los registros son los que el usuario conoce y direcciona explícitamente en los programas de aplicación. Además de los registros, existen otros que no son visibles para el usuario, como el MAR (Memory Address Register) y el MDR (Memory Data Register), estos registros son necesarios para retener temporalmente los datos y direcciones además de completar la ejecución de las instrucciones.

El tamaño de los procesadores, es relativo al poder de computación, se reduce todos los días. Esto es posible debido en gran parte a que la tecnología avanza  tanto que permite  que in creciente número de transistores microscópicos  se coloquen más cerca dentro de un circuito. En la década de 1960, el transistor forjo el camino para que los radios, las calculadoras y otros dispositivos electrónicos se volvieran más pequeños. El transistor es el principal circuito de un microprocesador y Este funciona de modo parecido a un interruptor eléctrico de luz. Sin embargo, a diferencia del interruptor de luz, el transistor no tiene partes móviles, su carga se determina eléctricamente para representar los unos y ceros de los valores binarios. El número de transistores incluidos en su sistema de circuitos determina la capacidad del procesador. Los procesadores modernos incluyen millones de transistores, los cuales son la fuente de su poder de computación. Por ejemplo el Intel Pentium III contiene casi 10 millones de transistores y los procesadores utilizados en macro y supercomputadoras tiene miles de millones de transistores. Los transistores reciben valores bit como voltaje eléctrico. La cantidad de energía eléctrica utilizada en un transistor no es muy alta. La mayoría de  los primeros microprocesadores utilizaron 5 voltios de corriente directa (CD) y los más nuevos utilizan ahora hasta 2.2 voltios (VCD). Al reducir este voltaje, Intel y otros fabricantes pudieron incrementar dramáticamente la velocidad de sus sistemas. Otros beneficios es que reduce la cantidad de energía necesaria para que la computadora funcione y reduce el calor generado. La cobertura exterior del procesador protege el núcleo que contienen el micro chip y el alambrado que conecta al chip con el arreglo de malla de pines (PGA). Los pines del PGA se  insertan dentro del zócalo (socket) de montaje o los conectores laterales o de borde. Los diseños antiguos de empaquetado con frecuencia eran de cerámica, pero la mayoría de los procesadores de hoy están montados en tarjeta con caja plástica SECC (cartuchos de contacto de borde único). El empaquetado SECC  tiene montajes incorporados para un disparador de calor y un ventilador, es de fácil actualización, y de acceso a alta velocidad por parte de la tarjeta madre.

Evolución del procesador de la PC.

Algunos fabricantes como el  AMD, VIA Cyrix y otros hacen excelentes procesadores, pero Intel es hasta ahora el fabricante líder de microprocesadores para la PC. Este ha medido con firmeza el estándar por el cual se miden todos los procesadores.

TECNOLOGÍA DE LA CPU:

Cualquier CPU dispone de un conjunto de terminales que forman la interfaz con el exterior y que podemos agrupar en los siguientes bloques

LINEAS DE ALIMENTACION: Existan al menos 2 pines (Vcc y GND) que permiten el correcto suministro de la energía al sistema. Si el tamaño físico del circuito integrado que realiza la función de la CPU es grande, puede necesitar más de un punto de conexión de la alimentación, destinándose para ello varios pines convenientemente distribuidos.

·         SEÑALES DE RELOJ: Las CPU son autómatas finitos que requieren una señal periódica para sincronizar adecuadamente todas las operaciones. La activación y desactivación de las señales de control está relacionada con los flancos de subida y bajada del reloj. Normalmente es una señal externa que se introduce por el pin denominado CLOCK.

 SEÑALES DE COMUNICACIÓN CON EL RESTO DEL SISTEMA: Son el conjunto de buses que permiten organizar las trasferencias de información con el resto de dispositivos. Atendiendo a la funcionalidad, los podemos agrupar en buses de dirección, buses de datos y buses de control.

La siguiente figura muestra el esquema de pines (pinout) de una CPU. Hay que mencionar que si bien la funcionalidad de las líneas es genérica, no lo es la nomenclatura, la cual varía para cada CPU (por ejemplo en el caso de los circuitos integrados microprocesadores, cada familia emplea una nomenclatura característica y que la diferencia del resto de familias).

Núcleo es un término de hardware que describe el número de unidades de procesamiento independientes en un procesamiento conmutación al individual matiz o chip. Un hilo  o hilo de ejecución es un término de software para la secuencia de instrucciones de orden básico que puede pasar por procesarse en un núcleo de CPU individual. Un procesador funciona leyendo instrucciones y datos, los procesa y da lugar a resultados. Un núcleo, no es más que el bloque encargado de ejecutar las instrucciones. La disminución en el tamaño de los transistores con los que se crea todo dentro de un micro permite a los ingenieros tener más espacio libre. Esto les permite poder duplicar o incluso triplicar estos bloques. De esta forma pasamos de poder ejecutar una sola tarea a trabajar con varias al mismo tiempo. Los números de procesador Intel se basan en una serie de características que incluyen la arquitectura subyacente del procesador, la caché, el bus de sistema, la velocidad de reloj, el consumo y otras tecnologías Intel. El número de procesador representa un amplio conjunto de características que influyen en la experiencia informática global pero no supone una medida del rendimiento. Caché (Mb/Kb) Se trata del almacenamiento temporal para los datos a los que se acaba de acceder o a los que se accede con frecuencia. El almacenamiento de determinados datos en caché acelera el funcionamiento del ordenador. El tamaño de la caché se mide en megabytes (Mb) o en kilobytes (Kb). Bus del sistema La vía de conexión entre el procesador y otros componentes esenciales como el hub de la controladora de memoria. La velocidad del bus del sistema se mide en GHz o MHz. Velocidad de reloj La velocidad del reloj interno del procesador que determina la rapidez con la que puede procesar los datos. La velocidad de reloj se mide normalmente en gigahercios (GHz) o miles de millones de ciclos por segundo. Procesadores Intel® Core™ Procesador Intel® Pentium® Procesadores Intel® Celeron® Procesadores Intel® Atom™ Procesadores Intel® Xeon® e Itanium

EL procesador con 100 nucleos

Muestreo a finales de este año, el Tile-GX100 será el primer procesador del mundo, con 100 núcleos de propósito general en un solo dispositivo. Diseñado para ser rápido y eficiente de la energía, el azulejo-GX100 será el mayor rendimiento y el mejor rendimiento por vatio procesador de propósito general en el mercado. El procesador está optimizado para aplicaciones intensivas de computación, como aplicaciones de servidor escalables horizontalmente, transcodificación multimedia, la inspección profunda de paquetes y el procesamiento de la seguridad de red. El azulejo-GX100 se apoyará en las herramientas de Tilera alta calificación, así como herramientas de terceros y sistemas operativos.