UNIVERSIDAD DE PANAMÀ

CENTRO REGIONAL UNIVERSITARIO DE COLÒN

FACULTAD DE INFORMÀTICA, ELECTRÒNICA Y COMUNICACIÒN

LICENCIATURA EN INFORMÀTICA APLICADA

TEMA:

MICROPROCESADORES

NOMBRES:

YENIFER MALCA

MOISES MEDINA

ROLANDO EDMUND

MATERIA:

MANTENIMIENTO Y REPARACIÒN DE DISPOSITIVOS

AÑO:

II-A/INFORMÀTICA APLICADA

I SEMESTRE-2013

MICROPROCESADORES

INTRODUCTORIA

MicroprocesadorEl microprocesador (o

simplemente procesador) es el circuitointegrado central y más complejodeun sistema informático; a modo deilustración, se le suele llamar por analogíael «cerebro» de un computador. Esun circuito integrado conformado pormillones de componentes electrónicos.Constituye la unidad central deprocesamiento (CPU) de un PC catalogadocomo microcomputador.

Es el encargado de ejecutarlos programas, desde el sistemaoperativo hasta las aplicaciones de usuario;sólo ejecuta instrucciones programadasen lenguaje de bajo nivel, realizandooperaciones aritméticas y lógicas simples, talescomo sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.

Esta unidad central de procesamiento estáconstituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritméticológica (ALU) y una unidad de cálculo encoma flotante(conocida antiguamente como«co-procesador matemático»).

El microprocesador está conectadogeneralmente medianteun zócalo específico de la placa base dela computadora; normalmente para sucorrecto y estable funcionamiento, se leincorpora un sistema de refrigeración queconsta de un disipador de calor fabricadoen algún material de alta conductividadtérmica, como cobre o aluminio, y de unoo más ventiladores que eliminan el excesodel calor absorbido por el disipador. Entreel disipador y la cápsula delmicroprocesador usualmente secoloca pasta térmica para mejorar laconductividad del calor. Existen otrosmétodos más eficaces, comola refrigeración líquida o el uso de célulaspeltier para refrigeración extrema, aunqueestas técnicas se utilizan casiexclusivamente para aplicacionesespeciales, tales como en las prácticasde overclocking.

zócalo

Disipador de calor

HISTORIA DE LOS

MICROPROCESADORES

El primer microprocesador fue el Intel 4004,1 producido en1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora yresultó revolucionario para su época. Contenía 2.300transistores, era un microprocesador de arquitectura de 4 bitsque podía realizar hasta 60.000 operaciones por segundotrabajando a una frecuencia de reloj de alrededor de 700KHz.

El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008,desarrollado a mediados de 1972 para su uso en terminalesinformáticos. El Intel 8008 integraba 3300 transistores ypodía procesar a frecuencias máximas de 800Khz.

El primer microprocesador realmente diseñado para usogeneral, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, quecontenía 4500 transistores y podía ejecutar 200.000instrucciones por segundo trabajando a alrededor de 2MHz.

El primer microprocesador de 16 bits fue el 8086. Fue elinicio y el primer miembro de la popular arquitectura x86,actualmente usada en la mayoría de los computadores. Elchip 8086 fue introducido al mercado en el verano de 1978,pero debido a que no había aplicaciones en el mercado quefuncionaran con 16 bits, Intel sacó al mercado el 8088, quefue lanzado en 1979. Llegaron a operar a frecuenciasmayores de 4Mhz.

Con la aparición de los circuitos integrados, la posibilidad de reducir el tamaño de algunos dispositivos electrónicos se vio enormemente

favorecida. Los fabricantes de controladores integrados, calculadoras y algunos otros dispositivos comenzaron a solicitar sistemas integrados en

una sola pastilla, esto dio origen a la aparición de los microprocesadores.

El microprocesador elegido para equipar al IBM PersonalComputer/AT, que causó que fuera el más empleado enlos PC-AT compatibles entre mediados y finales de losaños 1980 fue el Intel 80286 (también conocidosimplemente como 286); es un microprocesador de 16 bits,de la familia x86, que fue lanzado al mercado en 1982.Contaba con 134.000 transistores. Las versiones finalesalcanzaron velocidades de hasta 25 MHz.

Uno de los primeros procesadores de arquitectura de 32bits fue el 80386 de Intel, fabricado a mediados y fines dela década de 1980; en sus diferentes versiones llegó atrabajar a frecuencias del orden de los 40Mhz.

El microprocesador DEC Alpha se lanzó al mercado en1992, corriendo a 200 MHz en su primera versión, en tantoque el Intel Pentium surgió en 1993 con una frecuencia detrabajo de 66Mhz. El procesador Alpha, detecnologíaRISC y arquitectura de 64 bits, marcó un hito,declarándose como el más rápido del mundo, en su época.Llegó a 1Ghz de frecuencia hacia el año 2001.Irónicamente, a mediados del 2003, cuando se pensabaquitarlo de circulación, el Alpha aun encabezaba la lista delos microprocesadores más rápidos de Estados Unidos.2

Los microprocesadores modernos tienen una capacidad yvelocidad mucho mayores, trabajan en arquitecturas de 64bits, integran más de 700 millones de transistores, comoes en el caso de las serie Core i7, y pueden operar afrecuencias normales algo superiores a los3GHz (3000MHz).

FUNCIONES DEL MICROPROCESADOR

Funcionamiento:

Desde el punto de vista lógico, singular y funcional,el microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica, y dependiendo del procesador, puede contener una unidad de coma flotante.

El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal.

ELEMENTOS ESENCIALES QUE CONSTITUYEN UN

SISTEMA BASADO EN CPU:

Reloj

CPU

Unidad Aritmética-Lógica (ALU).

Acumuladores y Registros.

Unidad de Control (UC).

Memoria

Unidad de entrada/salida

Buses del sistema

RelojPara que el microprocesador genere todas las señales necesarias para controlar los

restantes bloques del sistema y para que todo el sistema esté sincronizado (que cadaelemento funcione cuando le corresponde), se parte de ondas cuadradas de frecuenciaconstante generadas normalmente por un cristal de cuarzo.

La frecuencia de este reloj se mide en Khz, Mhz o GHz y determina la velocidad defuncionamiento y proceso de todo el sistema.

El periodo de tiempo de esta señal de reloj se denomina ciclo de reloj.

A partir de esta señal de reloj, se genera el denominado ciclo máquina, que estáformado por dos fases:

Fase de búsqueda (Fetch cycle): En esta fase se realiza la búsqueda de una instrucciónen memor y se guarda en el registro correspondiente.

Fase de ejecución (Execute cycle): En esta fase se ejecuta o realiza la transferencia dedatos ordenada.

Este ciclo máquina tarda en realizarse mas o menos tiempo dependiendo del fabricante.

A veces para completar la ejecución de una instrucción se requiere mas de un ciclomáquina.

El número de ciclos máquina necesarios para procesar por completo una instrucción sedenomina ciclo de instrucción.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

C.P.U.(UNIDAD CENTRAL

DE PROCESO)

La CPU está formada por:

Unidad Aritmética-Lógica

Acumuladores y Registros

Unidad de Control.

UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA

Unidad Aritmética Lógica ALU (Aritmetic Logic Unit)

Esta compuesta por un circuito combinacional complejo que se encarga de realizar las operaciones aritméticas (suma, multiplicación...), lógicas (AND, OR...) desplazamientos, etc.

Estas operaciones son ordenadas por las instrucciones que se están ejecutando, con las informaciones presentes en los registros de entrada y/o en posiciones determinadas de la Memoria Central y devuelve los resultados a los registros o a la Memoria Central.

Como se utiliza: Normalmente uno de los datos de entrada proviene del registro acumulador (ACUM) y el otro de un registro interno, una posición de memoria o como literal de la propia instrucción. El resultado se devuelve en el acumulador machacando el valor que tenia antes. Hay también otros tipos de funcionamiento.

REGISTROS

Acumuladores y registros

Un registro es una pequeña memoria interna, donde se almacenan temporalmente los resultados intermedios de las operaciones. Los registros están formados por biestables colocados de tal forma que pueden almacenar la información en un momento determinado. La longitud de estos registros viene determinada por el número de biestables que los forman.

Existen varios registros diferentes, entre los que destacamos:

Registro acumulador.

Registro de estado.

Registros auxiliares.

Registro SP (Stack Pointer). La pila.

Registro CP (Contador de Programa)

Registros internos.

UNIDAD DE CONTROL Unidad de Control (Control Unit,

CU) Es una parte fundamental del sistema

puesto que se encarga de gobernar elfuncionamiento global del mismo. Recibela información, la transforma e interpreta,enviando las ordenes precisas a loselementos que las requieren para unprocesamiento correcto de los datos.

En la Unidad de Control se encuentrael contador de programa (CP) queindica en que posición de la memoria seencuentra la próxima instrucción aejecutar.

En esta unidad se encuentra tambiénel decodificador de instrucciones (DI),dispositivo que "traduce" lasinstrucciones del programa contenidas enla memoria a microordenes grabadasinternamente, para saber los pasos quedebe realizar para ejecutar la instrucción.

Una vez decodificada la instrucción, laUnidad de Control generará todas lasseñales de control necesarias para hacerfuncionar al resto de elementos delsistema y que todo vaya de una formaordenada.

MEMORIA Memoria (memoria central o principal)

Es la encargada del almacenamiento de los programas y la información necesaria para el funcionamiento del sistema. Se compone de celdas o palabras de memoria.

Su función en el sistema es la de almacenar los programas a ejecutar, los datos y los resultados intermedios del proceso.

No debemos confundirla con las memorias de almacenamiento masivo que se encuentran en los periféricos de entrada/salida, como los discos duros de un PC.

La Memoria suele dividirse en:

Memoria de programa: Es la zona de memoria donde se almacenan los programas a ejecutar. No se modifica durante la ejecución de un programa, ya que en ella se guardan las instrucciones que lo forman.

Memoria de datos o de trabajo: En esta zona se almacenan los datos del programa a ejecutar. Siempre es una RAM puesto que se modifica durante la ejecución de un programa, ya que en ella se almacenan y se leen los resultados de las operaciones realizadas, así como los datos de las operaciones intermedias requeridas.

La memoria RAM (Ramdom Access Memory, memoria de acceso aleatorio) es un tipo de memoria que permite tanto la lectura (read) como la escritura (write). Es volátil, esto es, los datos se pierden si deja de alimentarse.

Cuando el sistema necesita leer un dato de la memoria RAM, lo primero que hace es indicar la posición de memoria de donde desea obtener el dato. Dependiendo de si la operación que va efectuar es una lectura o una escritura, se pone a uno o a cero una señal de lectura escritura (Read=1/Write=0). Si la operación es de lectura, la memoria entrega el dato deseado. Por el contario, si es de escritura, el dato se almacena en la memoria.

Esquemas de Memorias

TIPOS DE MEMORIAS

Tipos de memoria

En un sistema abierto como un PC, los programas se encuentran en la memoria RAM

(lectura/escritura) para posibilitar la carga de uno u otro programa desde, por ejemplo el disco duro,

según lo desee el usuario.

Sin embargo en un microcontrolador la memoria de programa puede ser:

ROM

OTP

EPROM

EEPRON

Flash

Memoria ROM: Su nombre corresponde a las iniciales de Read Only Memory, que significa memoria de sólo lectura. Al contrario que la memoria RAM, este tipo de memoria solo permite la lectura (read).

En un sistema abierto como un PC su función es contener los datos y programas de arranque, para que el microprocesador pueda comunicarse con el resto del sistema. En este caso se le denomina BIOS (Basic Input/Output System), porque contiene las instrucciones básicas de entrada y salida. Su funcionamiento es idéntico al de las memorias RAM, con la excepción de que al ser únicamente de lectura, no precisa de la señal read/write.

Memoria OTP: La memoria de programa, que puede ser una EPROM, no dispone de ventana para el borrado por lo que sólo se puede programar una vez.

Memoria EPROM son las siglas de Erasable Programmable Read-Only Memory (ROM programable borrable). Es un tipo de chip de memoria ROM no volátil inventado por el ingeniero Dov Frohman. Está formada por celdas de FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal-Oxide Semiconductor) o "transistores de puerta flotante", cada uno de los cuales viene de fábrica sin carga, por lo que son leídos como 1 (por eso, una EPROM sin grabar se lee como FF en todas sus celdas).

Memoria EEPROM o E²PROM son las siglas de Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (ROM programable y borrada eléctricamente). Es un tipo de memoria ROM que puede ser programada, borrada y reprogramada eléctricamente, a diferencia de la EPROM que ha de borrarse mediante un aparato que emite rayos ultravioleta. Son memorias no volátiles.

Las celdas de memoria de una EEPROM están constituidas por un transistor MOS, que tiene una compuerta flotante (estructura SAMOS), su estado normal esta cortado y la salida proporciona un 1 lógico.

Aunque una EEPROM puede ser leída un número ilimitado de veces, sólo puede ser borrada y reprogramada entre 100.000 y un millón de veces.

Memoria Flash:La memoria flash es una forma avanzada de EEPROM creada por el Dr. Fujio Masuoka mientras trabajaba para Toshiba en 1984.

La memoria flash —derivada de la memoria EEPROM— permite la lectura y escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma operación. Gracias a ello, la tecnología flash, siempre mediante impulsos eléctricos, permite velocidades de funcionamiento muy superiores frente a la tecnología EEPROM primigenia, que sólo permitía actuar sobre una única celda de memoria en cada operación de programación. Se trata de la tecnología empleada en los dispositivos denominados pendrive.

Memorias

BUSES DEL SISTEMA

Los elementos de un sistema basado en CPU están interconectados entre si mediante "canales" de información o buses. Estos buses están compuestos por diferentes líneas (hilos eléctricos) que transportan información del mismo tipo. El número de líneas que compone el bus indica el ancho del bus. Por ejemplo, si tenemos un bus de datos de 16 bits, significa que circulan 16 bits en paralelo a la vez, por lo que el bus tiene un ancho de 16 líneas. En los sistemas microprogramables, existen tres buses fundamentales que son:

Bus de direcciones (address bus)

Bus de datos (data bus)

Bus de control (Control Bus)

COMPAÑIAS FABRICANTES DE MICROPROCESADORES

CONFECCIÓN DEL MICROPROCESADOR

El proceso de fabricación de unmicroprocesador es muy complejo.

Todo comienza con un buen puñado dearena (compuesta básicamente de silicio),con la que se fabrica un mono cristal deunos 20 x 150 centímetros. Para ello, sefunde el material en cuestión a altatemperatura (1.370 °C) y muy lentamente(10 a 40 mm por hora) se va formando elcristal.

De este cristal, de cientos de kilos depeso, se cortan los extremos y lasuperficie exterior, de forma de obtener uncilindro perfecto. Luego, el cilindro se cortaen obleas de 10 micras de espesor, ladécima parte del espesor de un cabellohumano, utilizando una sierra dediamante. De cada cilindro se obtienenmiles de obleas, y de cada oblea sefabricarán varios cientos demicroprocesadores.

PROCESAMIENTO DEL MICROPROCESADOR

Estas obleas son pulidas hasta obtener una superficieperfectamente plana, pasan por un procesollamado “annealing”, que consiste en someterlas a uncalentamiento extremo para eliminar cualquier defecto oimpureza que pueda haber llegado a esta instancia.Después de una supervisión mediante láseres capaz dedetectar imperfecciones menores a una milésima de micra,se recubren con una capa aislante formada por óxido desilicio transferido mediante deposición de vapor.

De aquí en adelante, comienza el procesodel «dibujado» de los transistores que conformarán a cadamicroprocesador. A pesar de ser muy complejo y preciso,básicamente consiste en la “impresión” de sucesivasmáscaras sobre la oblea, sucediéndose la deposición yeliminación de capas finísimas de materiales conductores,aislantes y semiconductores, endurecidas mediante luzultravioleta y atacada por ácidos encargados de eliminarlas zonas no cubiertas por la impresión. Salvando lasescalas, se trata de un proceso comparable al visto para lafabricación de circuitos impresos. Después de cientos depasos, entre los que se hallan la creación de sustrato, laoxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica yla deposición de capas; se llega a uncomplejo «bocadillo» que contiene todos los circuitosinterconectados del microprocesador.

LO ÚLTIMO EN EL MERCADO

¿Qué nos prepara Intel para el año 2013?

El año es importante por la llegada de la nuevaarquitectura Haswell, también conocidos como Intel Core deCuarta Generación. Se esperan mejoras en el consumo y en lasprestaciones de su tarjeta gráfica integrada.

La siguiente es la lista de los procesadores aparecidos hasta lafecha:

Familia Celeron

Empezamos por los menos poderosos, los Celeron. En estecaso estarán basados en Ivy Bridge, al igual que ocurre con losCore de Tercera Generación, pero con algunas de susfuncionalidades capadas.

Como características comunes te encontraras que tienen 2 MBde cache de nivel tres y dos núcleos de su interior. Por supuestono soportan Turbo Boost.

¿Cuáles están ya en el mercado?

Por ahora AMD no ha estado muy activo y durante este año sóloha lanzado un nuevo microprocesador basado en su arquitecturaK10, Star:

Athlon II X2 280. 3.6 GHz de frecuencia de funcionamiento .Creado, usando tecnología de fabricación de 45 nanómetros. Ensu interior encuentras un doble núcleo completo. Un megadecache de nivel dos por cada núcleo pero sin incorporarninguna de nivel tres. TDP de 65 Watios. Puedes montarlo juntoa las memorias RAM DDR2 o DDR3. Y su compatibilidad no sólose queda aquí sino que funciona sobre placas bases con socketsAM2/AM2+/AM3/AM3+.

En definitiva es un micro pensado para aquellos que buscan elmejor precio y no necesitan grandes florituras en cuanto aprestaciones.