MICROPROCESADOR

Definicion: 

Microprocesador o CPU: Central Processor Unit, Unidad Central de proceso.

Es el Chip mas importante que controla y coordina todas las operaciones del sistema, lleva a cabo el procesamiento de la información y  realiza la decodificación de las instrucciones.

Se compone principalmente de transistores.

ARQUITECTURA:

El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la de un computador digital. En otras palabras, el microprocesador es como el computador digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control.  El microprocesador hizo posible la fabricación de potentes calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes:

• El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base.
• La memoria cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que predeciblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM reduciendo el tiempo de espera. Por ejemplo: en una biblioteca, en lugar de estar buscando cierto libro a través de un banco de ficheros de papel se utiliza la computadora, y gracias a la memoria cache, obtiene de manera rápida la información. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada cache interna de primer nivel o L1; es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Pentium III Coppermine, athlon Thunderbird, etc.) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande aunque algo menos rápida, la caché de segundo nivel o L2 e incluso memoria caché de nivel 3, o L3.
• Coprocesador Matemático: o correctamente la FPU (Unidad de coma flotante). Que es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte esta considerada como una parte "lógica" junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
• Los registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros esta diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
• La memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las toma de ahí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de trabajo para el procesador.
• Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es parecido a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un número de puerto que el procesador utiliza como un número de teléfono para llamar al circuito o a partes especiales.

   MARCAS:

•  Intel: 4004, 8008, 8080, 8086,8088, 80186, 80286, 80386, 80486, Pentium, pentium II, Celeron, Pentium II MMX, Pentium III, Xeon, Itanium IV, Mobile, Itanium II, Core Duo, Core Duo 2, Quad Core.
• AMD:  K6, Athlon, Duron, Opteron, Athlon 64, Athlon 64x2, Arquitectura Barcelona ("Equivalente" al Quad Core de Intel).
• MOTOROLA: 68000, 68010, 68030.
• IBM: Power PC, Dual Power.

GENERACIONES:

PRIMERA GENERACION: Microprocesador 8086 De Intel.

Bus de datos de 16 Bits y un bus de direcciones de 20 hilos, y una velocidad de 4.7 MHz. Posee un coprocesador matematico. Este es uin chip destinado  unica y exclusivamente a operaciones matematicas complejas, tales com senos, cosenos, potenciacion, Etc. Este chip esta conctado al cpu mediante los buses de datos y direcciones.

Luego salio el micro 8088 con velocidades de hasta 12 MHz.

SEGUNDA GENERACION:  Microprocesador Intel 80286.

Bus de datos de 16 Bits y bus de direcciones de 4 hilos.

 Las velocidades alcanzaban los 33 MHz coprocesador matematico 80287. En esta generacion aparcen otros fabricantes como AMD y Harris.

TERCERA GENERACION: Microprocesador Intel 80386 DX.

Bus de datos de 32 Bits  al igual que el bus de direcciones. Tiene un coprocesadror matematico de 80387, existieron versiones mas baratas como la 386SX esta tenia 16 Bits de datos., En esta generacion aparece la memoria cache externa.

Hasta esta generacion los microprocesadores se fabricaban con  tecnologia CISC (Complex Intructions Set Computer).



CUARTA GENERACION: Microprocesador Intel 486. Tiene un bus de datos de 32x32.

Conjunto de instrucciones RISK (Reduced Instructions Set Computer). Memoria cache interna de 8 KB, integracion del procesador matematico en el mismo chip. Aparece el Cooler.

QUINTA GENERACION: Microprocesador Intel Pentium. Tiene un bus de 64x64. Trabaja con dos 486 en paralelo competidores mas cercanos, K5 de AMD y el 5X86 de CIRIX.

SEXTA GENERACION: Aparece a mediados de los años 90. Con el aparce el procesador Pentium Pro y con el un nuevo concepto que incluye dos chips dentro de una sola plantilla. Este procesador dio lugar a los Pentium II, Pentium III y algunas versiones de Celeron.

VELOCIDAD DEL RELOJ

Durante los últimos años la frecuencia del reloj se ha mantenido en el rango de los 1,5 GHz a 4 GHz, dando como resultado procesadores con capacidades de proceso mayores comparados con los primeros que alcanzaron esos valores. Además la tendencia es a incorporar más núcleos dentro de un mismo encapsulado para aumentar el rendimiento por medio de una computación paralela, de manera que la velocidad de reloj es un indicador menos fiable aún.

La cantidad de instrucciones por ciclo de reloj hace referencia a cuantas instrucciones se puede ejecutar en el microprocesador en un ciclo.

Ese dato es proporcionado por el fabricante y varia entre los diferentes modelos de microprocesado, por ejemplo el Intel Pentium 4 ejecuta seis instrucciones por ciclo.

TIPOS DE ENCAPSULADOS

DIP:Los pines de este encapsulado se extienden a lo largo del mismo (en ambos lados) y tiene como todos los demas una muesca que indica el pin número 1. Este encapsulado básico fue el más utilizado hace unos años y sigue siendo el preferido a la hora de armar plaquetas por partes de los amantes de la electronica casera debido a su tamaño lo que facilita la soldadura. Hoy en día, el uso de este encapsulado (industrialmente) se limita a UVEPROM y sensores.

SIP: Los pines se extienden a lo largo de un solo lado del encapsulado y se lo monta verticalmente en la plaqueta. La conseguiente reducción en la zona de montaje permite un densidad de montaje mayor a la que se obtiene con el DIP.

PGA:Los multiples pines de conexión se situan en la parte inferior del encapsulado. Este tipo se utiliza para CPUs de PC y era la principal opción a la hora de considerar la eficiencia pin-capsula-espacio antes de la introducción de BGA. Los PGAs se fabricaron de plastico y ceramica, sin embargo actualmente el plastico es el mas utilizado, mientras que los PGAs de cerámica se utilizan para un pequeño número de aplicaciones.

SOP: Los pines se diponen en los 2 tramos más largos y se extienden en una forma denominada “gull wing formation”, este es el principal tipo de montaje superficial y es ampliamente utilizado mespecialmente en los ámbitos de la microinformática, memorias y IC análogicos que utilizan un número relativamente pequeño de pines.

TSOP: Simplemente una versión más delgada del encapsulado SOP.

QFP: Es la versión mejorada del encapsulado SOP, donde los pines de conexión se extienden a lo largo de los cuatro bordes. Este es en la actualidad el encapsulado de montaje supeficial más popular, debido que permite un mayor número de pines.

SOJ: Las puntas de los pines se extieden desde los dos bordes más largos dejando en la mitad una separación como si se tratase de 2 encapsulados en uno. Recibe éste nombre porque los pines se parecen a la letra “J” cuando se lo mira desde el costado. Fueron utilizados en los módulos de memoria SIMM.

QFJ: Al igual que el encapsulado QFP, los pines se extienden desde los 4 bordes.

TCP: El chip de silicio se encapsulan en forma de cintas de películas, se puede producir de distintos tamaños, el encapsualdo puede ser doblado. Se utilizan principalmente para los drivers de los LCD.

BGA: Los terminales externos, en realidad esferas de soldadura, se situan en formato de tabla en la parte inferior del encapsulado. Este encapsulado puede obtener una alta densidad de pines, comparado con otros encapsulados como el QFP, el BGA presenta la menor probabilidad de montaje defectuosos en las plaquetas. Metodo casero para desoldar un encapsulado BGA.

LGA: Es un encapsulado con electrodos alineados en forma de array en su parte inferior. Es adecuado para las operaciones donde se necesita alta velocidad debido a su baja inductancia. Además, en contraste con el BGA, no tiene esferas de soldadura por lo cual la altura de montaje puede ser reducida.

SISTEMA DE REFRIGERACION

El componente que más potencia disipa y que, por tanto, necesita mejor refrigeración es el microprocesador. El aumento de la frecuencia de funcionamiento y del número de núcleos de los procesadores modernos conlleva un aumento de potencia y de calor producido. Para conseguir evacuar una cantidad tan grande de calor concentrado en un solo chip se utilizan diversos métodos dependiendo de las necesidades de cada caso en particular: refrigeración por aire, líquida, por cambio de fase. Y el mas comun que es el de refrigeracion por aire.

DISIPADORES: En este sistema, que es el más sencillo y menos peligroso, se utilizan disipadores de calor que pueden ser pasivos, compuestos por un bloque de cobre o aluminio que debe estar en contacto con la superficie de la cápsula del microprocesador para recibir el calor que éste produce y por unas aletas que aumentan la superficie de contacto del disipador con el aire y por lo tanto facilitan la transferencia del calor absorbido por el disipador hacia el aire circundante.

Cuando se necesita aumentar la capacidad de evacuación de calor de un disipador de tamaño relativamente pequeño, la solución más utilizada es el acoplamiento de un ventilador que realice una circulación de aire por los espacios entre las aletas lo suficientemente rápida para aumentar la transmisión de calor al aire del interior de la caja. A mayor caudal de aire producido por el ventilador, mayor enfriamiento y menor temperatura del microprocesador pero también mayor nivel de ruido producido, por lo que en la práctica hay que buscar una solución de compromiso entre tamaño del disipador y ruido producido por el ventilador.

INSATALACION DE UN MICROPROCESADOR

PARTES DE UN MICROPROCESADOR

UNIDAD DE CONTROL: (UC) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la Unidad de proceso y el bus de entrada Y salida.

Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, interpretarlas y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.

Existen dos tipos de unidades de control, las cableadas, usadas generalmente en máquinas sencillas, y las microprogramadas, propias de máquinas más complejas. En computadores, la unidad de control fue históricamente definida como una parte distinta del modelo de referencia de 1946 de la Arquitectura de von Neumann. En diseños modernos de computadores, la unidad de control es típicamente una parte interna del CPU.

UNIDAD DE CALCULO:  también conocida como ALU (arithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas como suma, resta, multiplicación, etc. y operaciones lógicas si, y, o, no, entre dos números.

Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el pitido del temporizador, etc.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO: Es el componente del computador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Los CPU proporcionan la característica fundamental del computador digital (la programabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en los computadores de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y los dispositivos de entrada y salida. Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados.
 

BUS DE DIRECCIONES

 El bus de direcciones es un canal del microprocesador totalmente independiente del bus de datos donde se establece la dirección de memoria del dato en movimiento.

El bus de dirección esta formado por un conjunto de líneas eléctricas necesarias para establecer una dirección.La capacidad de la memoria que se puede direccionar depende de la cantidad de bits que conforman el bus de direcciones, siendo 2ⁿ ''dos elevado a la ene'' el tamaño máximo en bytes del banco de memoria que se podrá direccionar con n líneas.

BUS DE DATOS

El Bus de Datos trabaja en equipo con el Bus de Direcciones para transportar los datos a través del computador. El tamaño del Bus de Datos puede ser de 16, 32 o 64 bits.

Teniendo en cuenta las mencionadas limitaciones del bus AT y la infalibilidad de los buses EISA y MCA para asentarse en el mercado.

 BUS DE CONTROL

Un bus de control, es parte del bus del computador (la conexión física), que es utilizado por la CPU para comunicarse con otros dispositivos. El bus de control transmite comandos desde la CPU y devuelve una señal de estado desde el dispositivo. El Bus de Control tiene la tarea de marcar el estado de una instrucción dada a la PC.

Administra el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones. Como estas líneas están compartidas por todos los componentes tiene que proveerse de determinados mecanismos que controlen su utilización. Las señales de control transmiten tanto ordenes como información de temporización entre los módulos del sistema.