En este documento se podrá explicar acerca del CPU y los microprocesadores.

1. Secretaría de Educación Pública
Subsecretaría de Educación Superior
Dirección General de Educación Superior Tecnológica
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TIZIMIN
ARQUITECTURA DE COMPUTDORAS
Tema
“CPU”
Que presenta:
CHAN LOPEZ DULCE
TUN TUT MIRIAM
NAHUAT AY JACOB
POOT CAB DIEGO JESUS
MAY VERDE ÁNGEL
Carrera:
INGENIERÍA EN INFORMÁTICA
CATEDRÁTICO:
HERZEN CORDERO AVILA
Tizimín, Yucatán, agosto de 2014

2. 1.1 ARQUITECTURA BÁSICA Y SUS OPERACIONES

3. CPU
El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito
integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo
de ilustración, se le suele asociar por analogía como el «cerebro»
de un computador. Es un circuito integrado constituido por millones
de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de
procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador.

4. LA CPU ESTÁ CONFORMADA POR TRES UNIDADES DIFERENTES
Unidad de Control (UC): La unidad de control
se encarga de leer de la memoria las
instrucciones que debe de ejecutar y de
secuenciar el acceso a los datos y operaciones
a realizar por la unidad de proceso.
Unidad Aritmética Lógica o ALU. Es la parte
de la CPU encargada de realizar las
transformaciones de los datos. Gobernada por
la UC, la ALU consta de una serie de módulos
que realizan operaciones aritméticas y
lógicas.
El Registro, el almacenamiento de los
resultados a la ejecución de las instrucciones
en la memoria principal podría ser lento y
excesivamente tendría muchos datos en el
sistema de interconexión con la memoria.
PC
IR
MAR

5. EN UN MICROPROCESADOR SE PUEDE DIFERENCIAR DIVERSAS PARTES:

6. EL ENCAPSULADO
LA MEMORIA CACHE
Es la comunicación del microprocesador con el
exterior a través del patillaje de microprocesador,
estas señales viajarán por el bus del sistema que
comunican con el procesador con los demás
componentes situados en la placa base.
viene a ser un espacio reservado dentro del
procesador, lugar donde se guardas procesos que
son de uso regular y que tiene por finalidad
ocuparlos y cargarlos rápidamente desde la
memoria para la aplicación.

7. COPROCESADOR MATEMÁTICO
LOS REGISTROS
Esta parte esta considerada como una parte
“lógica” junto con los registros, la unidad de
control, memoria y bus de datos.
Un grupo de registros ésta 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.

8. LA MEMORIA
LOS PUERTOS
Tanto los datos como las instrucciones están
almacenados en memoria, y el procesador los
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.
son aquellos que se utilizan para conectar diversos
dispositivos independientemente de sus funciones.
Los puertos generalmente tienen más de un uso
en la computadora e inclusive en dispositivos que
no se conectan directamente al equipo.

9. 1.2 Tipos de arquitecturas en la
evolución del CPU.

10. Arquitectura von Neumann
Tradicionalmente los sistemas con microprocesadores se basan en
esta arquitectura, en la cual la unidad central de proceso (CPU), está
conectada a una memoria principal única donde se guardan las
instrucciones del programa y datos.

11. • En un sistema con arquitectura Von Neumann el tamaño de la unidad de
datos o instrucciones está fijado por el ancho del bus que comunica la
memoria con la CPU. Así un microprocesador de 8 bits con un bus de
8 bits, tendrá que manejar datos e instrucciones de una o más unidades
de 8 bits (bytes) de longitud.
• Si tiene que acceder a una instrucción o dato de más de un byte de
longitud, tendrá que realizar más de un acceso a la memoria.

12. Las principales limitaciones que nos encontramos con la arquitectura Von
Neumann son:
● La limitación de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que
hace que el microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria
para buscar instrucciones complejas.
● La limitación de la velocidad de operación a causa del bus único para datos
e instrucciones que no deja acceder simultáneamente a unos y otras, lo
cual impide superponer ambos tiempos de acceso

13. Arquitectura Harvard
Este modelo, que utilizan los microcontroladores PIC, tienen la
unidad central de proceso (CPU) conectada a dos memorias por
medio de dos buses diferentes.

14. • Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa
(Memoria de Programa), y la otra sólo almacena datos (Memoria de
Datos).
• Ambos buses son totalmente independientes lo que permite que la CPU
pueda acceder de forma
independiente y simultánea a la memoria de datos y a la de
instrucciones.

15. Ventajas
● El tamaño de las instrucciones no esta relacionado con el de los datos, y
por lo tanto puede ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una
sola posición de memoria de programa, logrando así mayor velocidad y
menor longitud de programa.
● El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los
datos, logrando una mayor velocidad en cada operación.

16. Una de las primeras decisiones a la hora de diseñar un microprocesador es
decidir cuál será su juego de instrucciones.
• La decisión por dos razones; primero, el juego de instrucciones decide el
diseño físico del conjunto; segundo, cualquier operación que deba ejecutarse
en el microprocesador deberá poder ser descrita en términos de un lenguaje
de estas instrucciones.

17. Frente a esta cuestión caben dos filosofías de diseño; máquinas
denominadas CISC y máquinas denominadas RISC.

19. Arquitectura RISC
En la arquitectura computacional, RICS es un tipo de
microprocesador con las siguientes características fundamentales:
• Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número
de formatos
• Solo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la
memoria de datos.

20. El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura es posibilitar la
segmentación y el paralelismo en la ejecución de las instrucciones y
reducir los accesos a memoria.
Las máquinas RISC protagonizan la tendencia actual de construcción
de microprocesadores.
RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está a
favor de conjuntos de instrucciones pequeñas y simples que toman
menor tiempo para ejecutarse.

21. Características
● Codificación uniforme de instrucciones, lo que permite una decodificación más rápida.
● Un conjunto de registros homogéneo, permitiendo que cualquier registro sea utilizado en
cualquier contexto y así simplificar el diseño del compilador.
● Modos de direccionamiento simple con modos más complejos reemplazados por
secuencias de instrucciones aritméticas simples.
● Los diseños RISC también prefieren utilizar como característica un modelo de memoria
Harvard, donde los conjuntos de instrucciones y los conjuntos de datos están
conceptualmente separados.

22. Ventajas
● La CPU trabaja más rápido al utilizar menos ciclos de reloj para ejecutar
instrucciones.
● Utiliza un sistema de direcciones no destructivas en RAM. Eso significa que
a diferencia de CISC, RISC conserva después de realizar sus operaciones
en memoria los dos operandos y su resultado, reduciendo la ejecución de
nuevas operaciones.
● Cada instrucción puede ser ejecutada en un solo ciclo del CPU

23. Arquitectura CISC.
En la arquitectura computacional CISC es un modelo de arquitectura
de computadora.
Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones que
se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas
entre operandos situados en la memoria o en los registros internos,
en contraposición a la arquitectura RICS.

24. Este tipo de arquitectura dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que,
en la actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de alto rendimiento
implementan un sistema que convierte dichas instrucciones complejas en
varias instrucciones simples del tipo RISC, llamadas generalmente
microprocesadores.

25. Ventajas
● Reduce la dificultad de crear compiladores.
● Permite reducir el costo total del sistema.
● Reduce los costos de creación de software.
● Mejora la compactación de código.
● Facilita la depuración de errores.

26. 1.3 Arquitectura
Multinúcleo

27. ¿Que es?
• Se refieren a microprocesadores que combinan dos o más núcleos
independientes en un solo paquete ó circuito integrado, los cuales trabajan a
la misma frecuencia. En general, los microprocesadores multinucleos
permiten que un dispositivo computacional exhiba una cierta forma de
paralelismo a nivel de "hilos".

28. Hyper Treading
• Tecnología creada por Intel, para los procesadores Pentium 4 más avanzados. El
Hyperthreading hace que el procesador funcione como si fuera dos procesadores. Esto fue
hecho para que tenga la posibilidad de trabajar de forma multihilo (multithread) real, es decir
pueda ejecutar muchos hilos simultáneamente.
• Un procesador con la tecnología Hyperthreading tiene un 5% más de que el mismo
procesador sin esa tecnología.

29. Procesadores multinúcleo
Clases de procesadores multinucleo INTEL:
• PentiPentium D están conformados por dos procesadores Pentium 4 Prescott sin
Hyperthreadingum.
• Core Duo
• Core 2 Duo
• Core2Quad
Clases de procesadores multinucleo AMD:
• Athlon 64 X2
• Opteron X2
• Turion X2 (Portatiles)

31. Multiprocesamiento
Multiprocesamiento o multiproceso es tradicionalmente conocido como el uso
de múltiples procesos concurrentes en un sistema en lugar de un único
proceso en un instante determinado.

32. EJEMPLO:
Como la multitarea que permite a múltiples procesos compartir una única CPU, múltiples CPUs
pueden ser utilizados para ejecutar múltiples hilos dentro de un único proceso.
• Los programas típicamente se escriben asumiendo que sus datos son incorruptibles. Sin
embargo, si otra copia del programa se ejecuta en otro procesador, las dos copias pueden
interferir entre sí intentando ambas leer o escribir su estado al mismo tiempo.
• Para evitar este problema se usa una variedad de técnicas de programación incluyendo
semáforos y otras comprobaciones y bloqueos que permiten a una sola copia del programa
cambiar de forma exclusiva ciertos valores.

33. Multinúcleo
Los procesadores multi núcleo son chips independientes que contienen dos o
más procesadores o núcleos de ejecución distintos en el mismo circuito
integrado. Aunque son independientes, su construcción les permite compartir
tareas de forma interdependiente.

34. EJEMPLO:
Los procesadores Intel Core 2 Duo incorporan dos núcleos de ejecución en un mismo paquete
que ofrece, con el software adecuado, la ejecución totalmente paralela de varios subprocesos.
Esto permite que cada núcleo funciona a una frecuencia menor, dividiendo la potencia
normalmente asignada a un único núcleo.
El resultado para el usuario no es sólo un procesamiento más rápido. Es… bueno, ¡que tu foto
ya está lista! Mientras chateas. Y has imprimido un diseño arquitectónico.
La tecnología de cuatro núcleos consiste en un único procesador que cuenta con cuatro
núcleos. Piensa que son cuatro cerebros que están pensando al mismo tiempo pero que
pueden trabajar juntos o por separado en una tarea grande, lo que se traduce en unos
resultados más rápidos y eficientes.