Guias

1. UNIVERSIDAD PANAMERICANA
TALLER 3
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
25/02/15
Ing.AirethAmayaV.
EL PROCESADOR
El procesador (o también llamadomicroprocesador) consiste en el circuito integrado más potente
conformado por millones de componentes electrónicos que constituye el centro de un sistema
informático; se le suele llamar el «cerebro» de un computador. El procesador constituye la CPU
(Central ProcessingUnito Unidad Central de Procesamiento) de un computadory es el encargado
de permitir el procesamiento de información numérica, ingresada en formato binario, así como la
interpretación y ejecuciónde instrucciones almacenadas en la memoria programadas en lenguaje
de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, para la ejecución de los
diferentes programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario. El procesador
funciona a la velocidad de un reloj interno gracias a un cristal de cuarzo que sometido a una
corriente eléctrica, envía pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (denominada ciclo),
corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un
ordenadorde 200 MHz posee unreloj que envía200.000.000 pulsosporsegundo.Porlogeneral,la
frecuenciade reloj esunmúltiplode lafrecuenciadel sistemaFSB(Front-SideBusoBus de la Parte
Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la placa madre. Con cada ciclo de reloj, el
procesador ejecuta una acción que corresponde a su vez a una instrucción o bien a una parte de
ella.La medidaCPI(CyclesPerInstructionoCiclosporInstrucción) representael númeropromedio
de ciclos de reloj necesarios para que el procesador ejecute una instrucción. En consecuencia, la
potencia del procesador puede caracterizarse por el número de instrucciones por segundo que es
capaz de procesar. Los MIPS (millions of instructions per second o millones de instrucciones por
segundo) son las unidades que se utilizan,y correspondena la frecuencia del procesador dividida
por el número de CPI. Los procesadores actuales pueden alcanzar los 4GHz (4000.000.000),
(aunque no porque un procesador tenga más o menos gigahercios será más o menos rápido que
otros ya que influyenotros factores).La medición del rendimiento de un microprocesador es una
tarea compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con
diferente efectividad por procesadores de la misma gama. Una métrica del rendimiento es la
frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos de la misma familia, siendo
este unindicadormuylimitadodadalagranvariedadde diseñosconloscualesse comercializanlos
procesadoresde unamismamarca yreferencia.Unsistemainformáticode altorendimientopuede
estarequipadoconvariosmicroprocesadorestrabajandoenparalelo,yunmicroprocesadorpuede,
a su vez, estar constituido por varios núcleos físicos o lógicos. Un núcleo físico se refiere a una
porción interna del microprocesador cuasi-independiente que realiza todas las actividades de una
CPU solitaria,unnúcleológicoes la simulaciónde unnúcleofísicoa finde repartirde manera más
eficienteel procesamiento.Existeunatendenciade integrarel mayornúmerode elementosdentro
del propio procesador, aumentando así la eficiencia energética y la miniaturización. Entre los
elementos integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM,
controladores de buses y procesadores dedicados de video. La acción básica de cualquier
procesador,entantose mueve atravésde lacorriente de instrucciones,se puededescomponeren
una serie de cuatro pasos simples, que cada instrucción en la corriente de código debe atravesar
para ser ejecutada:1.Fetch:trae la instrucciónque se vaa ejecutar,de ladirecciónalmacenadaen

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el contador de programa. 2. Decode: almacena la instrucción en el registro de instrucciones y la
descifra,incrementandoladirecciónenel contadorde programa 3. Execute:Ejecutala instrucción
almacenada en el registro de instrucciones. 4. Write: Escribe los resultados de esa instrucción. El
procesador está constituido, esencialmente, por registros, cache, unidad de control, una unidad
aritméticalógica(ALU),unaunidadde cálculoencomaflotante (conocidaantiguamentecomo«co-
procesador matemático») y una unidad de administración del bus (entrada/salida). •
Unidadde Control:Eslaencargadade activarodesactivarlosdiversoscomponentesdelprocesador
enfunciónde lainstrucciónque se esté ejecutandoyde laetapade dichainstrucción.Launidadde
control (UC) interpretayejecutalasinstruccionesalmacenadasenlamemoriaprincipalygeneralas
señalesde control necesariasparaejecutarlas.•UnidadAritméticayLógica:Esla que se encargade
realizar todas las operaciones que transforman los datos, en especial operaciones matemáticas
como la sumay la resta y tomar decisioneslógicas.•Unidadde coma Flotante:FPU (FloatingPoint
Unit), llamado tambiéncoprocesador matemático,se encarga de la realizaciónde operacionesde
coma flotante, así como de la división de enteros, operaciones como raíz cuadrada, y la
implementación de funciones trascendentes como cálculo del seno, coseno, tangente,
arcotangente, logaritmos y exponenciación.
• Registros: Son un conjunto de áreas de dimensiones mínimas de almacenamiento de forma
temporal,parala ejecuciónde lasinstrucciones,tienenlaventajade serextremadamenterápidos,
losregistrossoncomo mínimo10 vecesmásvelocesque losaccesosaRAM. Los registrosincluyen:
el registrocontador(indicaqué instrucciónsigue),el registrode instrucción(tienelainstrucciónque

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se estáejecutando),el registroacumulador(dondese guardanresultadosintermedios) yel registro
de estado (que guarda avisos: si el resultado es cero, si es negativo, etc. • Caché: Es un área de
trabajo donde se almacenan grupos de datos que se usan muy frecuentemente por el procesador
evitandoasítenerque pedirlosalamemoriaprincipal,este cache se comunicadirectamenteconla
memoria principal, evitando el bus general lo que la hace más rápida. Existen varios nivelesde
caché: L1: En este nivel la memoria está integrada en el microprocesador y funciona a la misma
velocidadque este.L2 y L3: se suelenconectaral procesadormediante el BUS trasero,que es más
rápido que el frontal, pueden estar en el propio procesador o en chips separados, colocadosen la
placa base. • Unidad de administraciónde Bus: es el encargado de gestionar las conexiones del
procesadorcontodoslosdemásdispositivosde laplacabase paraque funcionende formaexactay
sincronizada. Es tan importante la velocidad a la que funciona ya que sin una buena velocidad no
será capaz de mantenerbajocontrol sinesfuerzotodoslosdispositivosconectadosalaplaca base.
El busde direccionesdeterminael tamañomáximoque elprocesadorescapazde manejar.A partir
del intel 80386 este era de 32 bits por lo que manejaba 2^32 posiciones de memoria, lo que se
traducía a 4GB. Actualmente modelos como los Athlon de AMD manejan buses de 40 bits que le
permiten llegar a 1TB. El bus de datos es el que comunica al procesador con la memoria para
intercambiode informacióna procesaro procesada.El habitual esde 64 bits,aún enmicrosde 32.
El procesador se conecta al sistema mediante un zócalo específico de la placa base de la
computadora;normalmente parasucorrecto y estable funcionamiento,se le incorporaunsistema
de refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta
conductividadtérmica,comocobre oaluminio,yde unoomás ventiladoresque eliminanel exceso
del calorabsorbidoporeldisipador.Entreel ventiladorylacápsuladelmicroprocesadorusualmente
se colocapastatérmicaparamejorarlaconductividaddelcalor.Existenotrosmétodosmáseficaces,
como la refrigeraciónlíquidaoel uso de célulaspeltierpara refrigeraciónextrema.•Refrigeración
por Aire: Básicamente consiste en dejar nuestro procesador o, todo el pc al aire libre.Sirve para
incrementarlasuperficiede contactoconel aireparamaximizarelcalorque ésteescapazde retirar.
• Refrigeración pasiva por aire: Las principales ventajas de la disipaciónpasiva son: su simplicidad
(pues se trata básicamente de un gran pedazo de metal), su durabilidad(pues carece de piezas
móviles) y su bajo costo. Además no producen ruido.Lo malo es que no son capaces de dispersar
grandes cantidades de calor rápidamente. • Watercooling: Consiste en refrigerar el sistema con la
ayuda de agua. Bombeando agua alrededor de un procesador es posible remover grandes
cantidades de calor de éste en poco tiempo, para luego ser disipado por un radiador ubicado en
algún lugar dentro (o fuera) del computador. La principal ventaja de la refrigeración líquida, es su
habilidad para enfriar incluso los componentes más calientes de un pc. • Refrigeración por heat
pipe:El heat pipe esuntubo con alta conductividadusadocomodisipadorde calor.Consiste enun
tubo cerrado por ambosextremosencuyo interiorhayun fluidoa una presiónadecuadapara que
se evapore y condense en un rango determinadode temperatura.Al aplicarle calor en un extremo
se evapora el líquido de ese extremo y se desplaza al otro lado, ligeramente más frío,
condensándoseytransfiriéndoleel calor.•Criogenia:Esunode losmásraros,carísimosperosuper
eficaces. Consiste en enfriar el procesador simplemente con nitrógeno líquido o hielo seco. Sin
embargo, la muerte de nuestro procesador se acelera debido a los frecuentes cambios de
temperatura.Lacriogeniaesutilizadaencasosextremosde overclockingysóloporcortosperiodos
de tiempo.El overclockconsiste ensubirlafrecuenciade reloj delprocesador(también estatécnica

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se puede hacersobre tarjetasgráficas),mejorandoelrendimientodelprocesador.Este aumentode
velocidad produce un mayor gasto energético, y por tanto, una mayor producción de calor en el
componente. Para combatir el calor se debe tener una buena refrigeración. /! No realice
overclocking a menos que sepa lo que hace, cualquier fallo puede dejar irreparable el procesador
y/o cualquier otro componente /!
Socket775: Es característicode Intel y,tiene comosu nombre indica775 contactos. Un procesador
pertenecienteal socket775 esel Intel Core 2 DuoE 7600. ¸ Socket1156: Es característicode Intel y
tiene 1156 contactos.Un ejemplode procesadorque encaje enel socket1156 esel i7-860. ¸ Socket
1366: Es característico de Intel y tiene 1366 contactos. Un ejemplo de procesador apto para este
socket es el i7 980X ¸ AM2+: Es característico de AMD y tiene 940 contactos. Un procesador apto
para este socketesel AMD PhenomX38250e ¸ AM3: Es característico de AMD y tambiéntiene 940
contactos. Un procesador apto para este socket es el AMD Phenom x4 955 IV.
TALLER
1. Con sus propias palabras diga que es un procesador
2. Cuáles son las funciones básicas de un procesador
3. Haga un diagrama de bloquesde laestructurainternadel procesador,e indique cuálesson
sus partes y explique su función
4. Explique a que hace referencia el término “Hertz” en un procesador
5. Que es overclocking
6. Consulte en qué consisten los diferentes niveles de cache del procesador y explique las
características y función de cada uno