Microprocesadores

Lic. Zeidy S. López Collazo

Para traer el tema a nuestro entorno haremos un recorrido por aquellas "piezas" de su computadora que cargan el peso de su potencialidad. No dividiremos en grupos, no señalaremos un "único", no hablaremos de suministradores ni de suministros. Se trata de mostrar desde el punto de vista tecnológico por que se pudiera decidir a la hora de adquirir su computadora. ¡Solo es nuestro criterio! Esperamos que le puedan sacar algún provecho.

El Procesador.

El asunto se ha ido tocando en esta propia publicación varias veces y esta claro que sin él su computadora es solamente un conjunto de piezas de un rompecabezas sin sentido. Será uno de los máximos responsables, pero no el único, de la potencia de su PC.

El elemento fundamental de proceso de la información, que constituyen el cerebro del ordenador y recibe el nombre de unidad central de proceso, microprocesador, o CPU.
El microprocesador es responsable de todas las operaciones que se efectúan con los datos y lleva el control de los demás dispositivos del ordenador. Por ejemplo, Intel Pentium para los PC, y Motorola Power-PC para Apple.

Partes principales del microprocesador:

Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en sí, para darle consistencia, impedir su deterioro como por ejemplo por oxidación con el aire y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplarán a su zócalo o a la placa base directamente.
Memoria caché: una memoria ultrarrápida que almacena ciertos bloques de datos que posiblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, aumentando así la velocidad y disminuyendo la el número de veces que la PC debe acceder a la RAM. Se la que se conoce como caché de primer nivel, L1 (level 1) ó caché interna, es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él, todos los micros tipo Intel desde el 486 tienen esta memoria.
Coprocesador matemático: es la FPU (Floating Point Unit - Unidad de coma Flotante) parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos; también puede estar en el exterior del micro, en otro chip.

Unidad lógica aritmética (ALU): es el último componente de la CPU que entra en juego. La ALU es la parte inteligente del chip, y realiza las funciones de suma, resta, multiplicación o división. También sabe cómo leer comandos, tales como OR, AND o NOT. Los mensajes de la unidad de control le dicen a la ALU qué debe hacer.

Unidad de control: es una de las partes más importantes del procesador, ya que regula el proceso entero de cada operación que realiza. Basándose en las instrucciones de la unidad de decodificación, crea señales que controlan a la ALU y los Registros. La unidad de control dice qué hacer con los datos y en qué lugar guardarlos. Una vez que finaliza, se prepara para recibir nuevas instrucciones.

Prefetch Unit: esta unidad decide cuándo pedir los datos desde la memoria principal o de la caché de instrucciones, basándose en los comandos o las tareas que se estén ejecutando. Las instrucciones llegan a esta unidad para asegurarse de que son correctas y pueden enviarse a la unidad de decodificación.

Unidad de decodificación: se encarga, justamente, de decodificar o traducir los complejos códigos electrónicos en algo fácil de entender para la Unidad Aritmética Lógica (ALU) y los Registros.

Registros: son pequeñas memorias en donde se almacenan los resultados de las operaciones realizadas por la ALU por un corto período de tiempo.

Velocidad del Reloj

En la CPU, todas las partes internas trabajan sincronizadas, gracias a un reloj interno que actúa como metrónomo. Con cada ciclo de reloj, el micro puede ejecutar una instrucción del software.
La velocidad de reloj es la cantidad de ciclos por segundo generados, cuanto más alto sea ese valor, más veloz será la PC típicamente, un micro cualquiera trabaja a una velocidad de unos 500 MHz y más, lo cual significa 500 millones de ciclos por segundo.

Debido a la extrema dificultad de fabricar componentes electrónicos que funcionen a las inmensas velocidades de MHz habituales hoy en día, todos los micros modernos tienen 2 velocidades:

• Velocidad interna: la velocidad a la que funciona el micro internamente 200, 333, 450, 500, 750, 1000, etc. etc. MHz.

• Velocidad externa o de bus: o también FSB, la velocidad con la que se comunican el micro y la placa base, típicamente, 33, 60, 66, 100, 133, 200, 233, etc. etc. MHz.

Se dice que...

Los microprocesadores del futuro brindarán aún más recursos a la memoria cache para acercar la actual brecha de velocidad que existe entre ambos. Los modernos microprocesadores superescalables desempeñan desde tres a seis instrucciones por ciclo de reloj. Por tal motivo, a 250 MHz, un microprocesador superescalable de cuatro direcciones puede ejecutar un billón de instrucciones por segundo. Un procesador del siglo XXI podría lanzar docenas de instrucciones en cada paso.

Algunos sostienen que la tecnología óptica reemplazará inevitablemente a la tecnología electrónica. Las computadoras podrían ser, por ejemplo, construidas completamente de materiales biológicos. Pipeling, organizaciones superescalares y cachés continuarán protagonizando los avances de la tecnología, estando presente también el multiprocesamiento paralelo. Probablemente, los microprocesadores existan en varias formas, desde llaves de luz páginas de papel.

En el espectro de aplicaciones, estas extraordinarias unidades soportarán desde reconocimiento de voz hasta realidad virtual. En el futuro cercano, los procesadores y memorias convergirán en un chip, tal como en su momento el microprocesador unió componentes separados en un solo chip. Esto permitirá achicar la distancia entre el procesado y la memoria y sacar ventajas del procesamiento en paralelo, amortizar los costos y usar a pleno la cantidad de transistores de un chip.

El microprocesador del siglo XXI será una computadora completa. Podría denominársela IRAM, para expresar Intelligent Random Access Memory : la mayoría de los transistores en este chip dependerán de la memoria. Mientras que los microprocesadores actuales están asentados sobre cientos de cables para conectar a los chips de memoria externa, los IRAMs no necesitarán más que una red y un cable de electricidad. Todas las unidades de entrada y salida estarán vinculadas a ellos vía red. Si precisan más memoria, tendrán mas poder de procesamiento y viceversa. Mantendrán la capacidad de memoria y velocidad de procesamiento en equilibrio.

Los microprocesadores IRAMs son la arquitectura ideal para el procesamiento en paralelo. Debido a que requerirían tan pocas conexiones externas, estos chips podrían ser extraordinariamente pequeños. Podríamos estar ante microprocesadores más pequeños que el antiguo 4004 de Intel. Si el procesamiento en paralelo prospera, este mar de transistores podría ser, además frecuentado por múltiples procesadores en un solo chip, creándose el “micromultiprocesador”.

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