Tema 5 – Microprocesadores. Estructura. Tipos. Comunicación con el exterior.

1. INTRODUCCIÓN.. 2

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROPROCESADORES. 3

3. ARQUITECTURA DE LOS MICROPROCESADORES. 3

4. NIVEL DE INTEGRACIÓN.. 4

5. ESTRUCTURA.. 5

6. TECNOLOGÍAS DESARROLLADAS. 5

7. TIPOS DE ENCAPSULADOS. 6

8. TIPOS DE MICROPROCESADORES. 7

9. COMUNICACIÓN CON EL EXTERIOR. 7

10. DIRECICONAMIENTO DE INTEL. 7

1. INTRODUCCIÓN

Transistor: Dispositivo electrónico capaz de tomar 2 estados estables pasando de uno a otro según el voltaje aplicado.

• Presencia de corriente à 1 Ausencia de corriente à 0
• Se diseñaron circuitos capaces de realizar operaciones sencillas (aritméticas, lógicas) Puertas lógicas.
• La miniaturización de los transistores creo los circuitos integrados.

Microprocesador: Simple chip negro cuyo componente principal es el transistor. Muchos transistores sobre un pequeño trozo de silicio forman un único circuito llamado Die (protegido del exterior por un encapsulado cerámica o plástico)

• Nivel de integración: Número de transistores que se pueden incluir en un único chip (microprocesador).
• El conjunto de chips viene encapsulado en un solo chip llamado chipset.
  • Controladora de memoria y caché
  • Controladora disco duro y disquete
  • Bus CPI
  • Reloj
  • Controladora DMA
  • Controladora de teclado y ratón

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROPROCESADORES

a) Nivel de integración: Más transistores mejor funcionamiento y más rápido. Aumenta el número de tipo de operaciones a realizar. Disminuye consumo de energía y calor generado.

b) Frecuencia de reloj: Antes se media en GHz, ahora MHz. Millones de ciclos de máquina/seg.

c) Velocidad de ejecución de las instrucciones: Varía según el número de ciclos de reloj que necesite una instrucción para ejecutarse.

d) Juego de instrucciones: Todos los microprocesadores tienen un juego de instrucción (sumas, salto, etc.) Mayor número de instrucciones diferentes mayores complejidades de diseño. Vienen grabadas en ROM.

e) Longitud de palabra: Cantidad máxima de información que se puede leer o escribir en un solo acceso. (16,32, 64 bits)

f) Ancho del bus de direcciones: Cantidad de memoria principal a la que el microprocesador es capaz de acceder (espacio de direcciones). Mayor número de bits mayor espacio.

g) Número de registros internos: El número de registros varía según la arquitectura.

3. ARQUITECTURA DE LOS MICROPROCESADORES

-CISC (Complex Instruction Set Computer)

– RISC (Reduced Instruction Set Computer)

EJEMPLOS

– Híbrido CISC/RISC: Recoge los mejor de ambas arquitecturas. Por ejemplo, la técnica SIMD (Single Instruction Multiple Data)

-Tecnología EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing):

· Se basa en la nueva arquitectura (ISA-64)

· Gran cantidad de registros.

· Tener paralelismo explícito en el código de máquina. Dependencias entre instrucciones son encontradas y manejadas por el compilador, no por el procesador.

· Predication. Las instrucciones de las distintas ramas de un salto son marcadas por registros de atributo (predicate registers) para ser ejecutadas simultáneamente.

· Carga especulativa. Se cargan datos de memoria anticipadamente.

4. NIVEL DE INTEGRACIÓN

5. ESTRUCTURA

Los microprocesadores están compuestos por una serie de unidades funcionales:

a) Unidad Central de Proceso (CPU) o microprocesador

· Unidade de Control (UC)

· Unidad Aritmeticológica (UAL)

b) Banco de registros

· Uso general

· Uso específico

c) Caché

6. TECNOLOGÍAS DESARROLLADAS

– Multitarea: Ejecutar varios programas simultáneamente (en realidad salta de uno a otro)

–Ejecución en paralelo: Varia ejecuciones al mismo tiempo

a) Procesadores supersegmentados: La ejecución de todas las instrucciones de divide en número determinado de pasos. Divide el microprocesador en etapas. Una instrucción por ciclo.

b) Procesadores superescalares: En un solo ciclo de terminan 3-4 instrucciones,

– Sistema de predicción de salto o bifurcación: Consta de pequeña caché llamada BTB donde se almacenan las direcciones de memoria de las instrucciones de salto condicional más recientemente ejecutadas.

– Tecnología MMX (MultiMedia eXtensions): Permite al procesador operar sobre varias porciones de datos simultáneamente.

a) Tecnica SIMD: única instrucción aplicada sobre múltiples datos.

b) 57 nuevas instrucciones: Ejecución datos multimedia.

c) 8 registros con 64 bits: Utilizados por coprocesador matemático.

d) 4 tipos de datos nuevos

– Tecnología 3d now: 21 nuevas instrucciones de AMD diseñadas para acelerar todavía más los cálculos en coma flotante para imágenes tridimensionales.

– Tecnología DIB (Dual Independent Bus): Incorpora un doble bus. La información puede circulas de forma simultánea por ambos canales.

– Ejecución dinámica: Mejora el rendimiento del sistema. Más de una instrucción por ciclo.

– Instrucciones KNI (Katmai New Instructions): Incluidas en el propio procesador. Formadas por 70 nuevas instrucciones. (multimedia, gráficos 3D …)

– Tecnología Hyper-Threading: Los hilos comparten recursos con el resto de los hilos pertenecientes al mismo proceso.

7. TIPOS DE ENCAPSULADOS

8. TIPOS DE MICROPROCESADORES

9. COMUNICACIÓN CON EL EXTERIOR

El microprocesador se comunica con el exterior (memoria, periféricos, etc.) por medio de señales que son enviadas a través del patillaje del microprocesador.

Estas señales viajan por el bus del sistema que comunica al procesador con los demás componentes situados en la placa base.

Después pasan al bus de E/S hasta llegar al periférico correspondiente.

· Señales de información:

o Bus de direcciones: Viajan las direcciones de memoria o del periférico donde se va a leer o escribir la información.

o Bus de datos: Viajan los datos solicitados o enviados.

· Señales de control: Viajan las señales que indican el tipo de acceso (lectura o escritura), el dispositivo sobre el que se realiza el acceso y las señales necesarias para sincronizar los dispositivos que participan en el proceso.

10.DIRECICONAMIENTO DE INTEL

Dirección física: Dir.Segmento * 10h + Desplazamiento