"UNIDAD CENTRAL DE PROCESO"

 

UNIDAD IV

 

"UNIDAD CENTRAL DE PROCESO"

 

1.- LA CPU DE UN ORDENADOR: EL MICROPROCESADOR

 

 

2.- DISPOSITIVOS CONTROLADOS POR LA CPU

 

 

3.- CPU MULTIPROCESADOR

 

 

4.- MODO DE OPERACIÓN DE  UN MICROPROCESADOR

 

 

5.- RELACIÓN CON OTROS COMPONENTES DEL PROCESADOR

 

 

6.- EJEMPLO DE OPERACIÓN

 

 

7.- ESTRUCTURA INTERNA DE UN MICROPROCESADOR

 

 

8.- UNIDAD DE CONTROL

 

 

9.- CICLO DE CAPTACIÓN

 

 

10.- CICLO INDIRECTO CICLO DE INTERRUPCIÓN

 

 

11.- CICLO DE EJECUCIÓN

 

 

12.- PROCESAMIENTO PARALELO

 

 

13.- UNIDAD DE TRATAMIENTO

 

14.- UNIDAD ARITMÉTICA Y LÓGICA

 

 

15.- REGISTROS EN LA UNIDAD DE TRATAMIENTO

 

 

16.- IDENTIFICACIÓN DEL PROCESADOR Y DE LOS COMPONENTES ASOCIADOS EN UNA CPU



 

 

 

 Unidad central de proceso o CPU

 

La Unidad Central de Proceso o CPU -siglas que corresponden a las iniciales en inglés de Central Processing Unit - es el componente principal de una computadora.

La CPU se encarga de realizar las operaciones de cálculo y también de controlar el flujo de datos entre los diversos elementos que forman una computadora.

Es  en  sí  el   cerebro, el  cual se compone  a  su  vez  de la Unidad Aritmética Lógica y de la Unidad de Control.  Esta unidad trabaja en base a un reloj maestro que interpreta y coordina la ejecución de todas las operaciones, y las que realiza el microprocesador.

La unidad fundamental de trabajo de este reloj es la cantidad de instrucciones que el microprocesador puede ejecutar en un segundo. La frecuencia del reloj determina la velocidad en la transferencia de un dato entre dos dispositivos conectados a un mismo canal (por ejemplo, la lectura de una palabra de memoria por parte del CPU) Así uno de 12 Mhz. puede realizar 12 millones de ciclos por segundo.

El usuario proporciona a la computadora de bits (entrada) según el dispositivo periférico y éste sigue las instrucciones para transformar esa entrada en  bits (salida) para un archivo y devolverla al usuario.

Estas transformaciones son realizadas por la UCP o procesador, que interpreta y lleva a cabo las instrucciones de los programas, efectúa manipulaciones aritméticas y lógicas con los datos y se comunica con las demás partes del sistema. Una UCP está formada por un chip de silicio con varios circuitos que transporta las señales que ejecutan todo el procesamiento que ocurre dentro de la computadora, puesto que el chip es tan pequeño se lo denomina Microprocesador.

Los microprocesadores están hechos de silicio incrustado con transistores. Un transistor  es un semiconductor, un componente que puede servir como conductor o como aislador, dependiendo del voltaje de electricidad que fluya por el. Un semiconductor hace pasar corriente eléctrica de un voltaje mínimo determinado. Esta es una propiedad óptima para las comunicaciones de computadora, porque proporciona un medio para representar dos estados de código binario: “voltaje conducido” y “voltaje no conducido”, por tanto estos transistores perciben señales binarias, en realidad instrucciones, codificadas que indican a la computadora que realice diferentes operaciones. En la computadora, el 0 se representa con un circuito abierto, a través del cual no fluye corriente, y el 1 representa con un circuito cerrado, por el cual fluye corriente.

A los semiconductores electrónicos de las computadoras se les llama circuitos integrados, porque hay un gran número de circuitos integrados en cada chip de silicio.

La UCP esta compuesta por una Unidad Aritmética Lógica , la Unidad de Control y la Memoria que llevan a cabo las funciones de almacenamiento y procesamiento de datos. Cada uno de los componentes anteriormente mencionados será desarrollado a posteriori en el presente trabajo.

                        Capacidad de una “Computadora”:

Para poder decir que una “computadora” es más potente que otra se debe tomar en consideración dos factores importantes:

·            La velocidad de procesamiento

·             La capacidad de memoria

La velocidad de una computadora se determina principalmente por

1.      1.     la velocidad de reloj a la que opera la UCP (medida en ciclos por segundo )

2.      2.     la cantidad de información que la UCP puede procesar por ciclo (determinada por el tamaño de la palabra de datos y la capacidad de las líneas de comunicación interna, que se conocen como buses)

            El BUS, que es la hebra de alambres (canal) utilizadas para la comunicación dentro de la computadora, puede tener una capacidad de solo 32 bits, mientras que la palabra puede contener 64 bits. En este caso, la velocidad de procesamiento se limita a 32 bits en cada ciclo de maquina.

Ninguno de estos factores determinan por si solo la velocidad de la computadora. Únicamente la consideración de ambos le permite comparar la velocidad de diferentes computadoras.

Las computadoras personales y notebooks tienen velocidades de millones de ciclos por segundos, o MHz (megahertz) la velocidad de una computadora también se mide en MIPS (millones de instrucciones por segundo), que es una medida imprecisa porque las instrucciones tienen varios niveles de complejidad.

   

DISPOSITIVOS CONTROLADOS POR EL CPU

 

 Además de la Unidad Aritmético Lógica, Unidad de Control y la memoria, existen otros elementos que forman parte de la computadora y son controlados por la UCP   tales como: disco duro, disquetera, unidad de CD-ROM, tarjetas de expansión como la de sonido, las de comunicaciones, etc. estos son los llamados dispositivos periféricos.

Tendremos los que están situados dentro de la misma caja o carcasa que contiene la unidad central de proceso como los anteriormente nombrados, y  los externos (teclado, Mouse, pantalla, altavoces, impresora...) que son componentes independientes conectados al gabinete central que contiene la CPU mediante conectores y cables externos.

 

  DISPOSITIVOS INTERNOS

 

EL DISCO DURO

 

Dispositivo de almacenamiento masivo de acceso directo, objeto plano y de forma circular que tiene una o dos caras cubiertas con material magnético y que se encuentra dentro de la caja de la PC, al lado de las unidades de discos flexibles es una superficie magnética similar a los de los disquete, solo que su base es rígida esta totalmente aislado del exterior y protegido.

 

 CD-ROM

 

Es un dispositivo de almacenamiento de información que empleo pequeños discos similares a un CD de música que permite almacenar una gran cantidad de información son dispositivos de sola lectura. Para guardarla información utiliza un haz de luz es un dispositivo de solo lectura es el medio perfecto para almacenar la información que no necesita ser utilizada con frecuencia. La unidad de CD-ROM es controlada por software.

 

 DISCO DE 31/2  UNIDAD A:

 

Ésta unidad lee y escribe en los disquetes. Estos discos sirven para guardar y leer información, pero a diferencia del disco duro, que está fijo dentro del PC, se pueden introducir y sacar de la unidad, por lo que permiten transportar datos de un lado a otro. Los disquetes tienen una capacidad de almacenamiento de datos muy baja: 1.4 megabytes (MB).

 

DISPOSITIVOS EXTERNOS

 (HARDWARE)

 

En resumen, el hardware se refiere al conjunto de componentes eléctricos, y mecánicos,  a lo que se puede tocar con la mano y ver como algo sólido... Queda claro entonces que el ordenador incluye una mezcla de ambos términos, lo que se ve el Hardware, la parte tangible del mismo.

                         EL TECLADO

.

       Elemento o dispositivo de entrada de datos, permite introducir información en el ordenador sirve para comunicar con el ordenador es parecido a una maquina de escribir con sus letras la derecha tiene un teclado numérico que se parecen Alos botones de una calculadora.

     El teclado permite la introducción de palabras, textos y números, es decir instrumento de comunicación entre el usuario y el ordenadores teclado de una PC tiene una parte central llena de teclas con letras en la misma parte central pero en la parte superior existen unas teclas con números y en esas mismas teclas una seré de caracteres es el teclado alfanumérico. A esto ya diferencia el teclado de un ordenador de una maquina de escribir.

 

 EL MONITOR

 

Este no es mas que un aparato de los llamados CTR en los cuales se pueden representar los dato de tipo texto o gráficos procesados por las computadoras el estándar en video de las modernas computadoras se basa en el sistema vega el cual le da al usuario la capacidad de poder representar en la pantalla no solo imágenes de mejor calidad sino que incluso se pueden apreciar en calidad normal fotográfica autenticas dicha capacidad no la tenia ninguno de los sistemas de video anteriores a este.

Esta actúa como maquina de escribir, es decir, vacían la información contenida en la memoria principal en papel. Y se clasifican en tres tipos principales son bien rápidas y vendidas buenas para el trabajo en la oficina aunque ruidosas son las mas económicas por hoja impresa y baratas en el mercado.

Se denominan así porque su sistema de impresión esta basado en el mismo de la maquina de escribir, esto es un rodillo papel normal una cinta entintada pero en lugar de una cuña con el tipo de letra aquí se sustituye por una cabeza de agujas las cuales salen en frecuencia vertical punzando los puntos indicados para formar las letras.

Al momento de escoger una computadora es preciso que nos hagan saber de su calidad, marca y garantía individual ya que este aparato por si solo es el que puede contaminar mas a menor calidad alcanzara y deteriorara mas nuestra vista consume mucha energía y se calienta mas que todo el equipo.” (6)

 

LA IMPRESORA

 

Esta actúa como maquina de escribir, es decir, vacían la información contenida en la memoria principal en papel. Y se clasifican en tres tipos principales son bien rápidas y vendidas buenas para el trabajo en la oficina aunque ruidosas son las mas económicas por hoja impresa y baratas en el mercado.

Se denominan así porque su sistema de impresión esta basado en el mismo de la maquina de escribir, esto es un rodillo papel normal una cinta entintada pero en lugar de una cuña con el tipo de letra aquí se sustituye por una cabeza de agujas las cuales salen en frecuencia vertical punzando los puntos indicados para formar las letras.

MOUSE

Es un dispositivo que controla el movimiento del cursor en la pantalla. Un ratón es un pequeño objeto que puede deslizarse sobre superficies duras y planas. El ratón contiene al menos un botón; los más comunes tienen 2 y tres botones, cada botón tiene una función predeterminada. Algunos ratones modernos tienen una rueda en la parte superior para mover la barra de scroll.

 

 

   EL CPU MULTIPROCESADOR

 

Se basa en el uso de múltiples procesadores que cooperan coordinadamente para obtener un fin común, al mismo tiempo que comparten unos recursos comunes (menoría, interfaces de entrada / salida, teclados, monitores). Asimismo, el proceso en paralelo, gracias al uso de múltiples canales y procesadores permite asegurar una mayor tolerancia a fallos.

 

Durante el análisis de la arquitectura de una unidad central multiusuario, deberá considerarse la posibilidad de que esta sea actualizada con la adición de nuevos procesadores para multiplicar el rendimiento de la misma y satisfacer las demandas de procesos de las aplicaciones instaladas a un costo razonable. Dentro del multiproceso existen dos implementaciones: Asimétrico y Simétrico.

 

1.     ASIMÉTRICO: cada tipo de tarea es direccionada a un procesador dedicado únicamente a ellas (por ejemplo, procesadores de entrada – salida, de aplicaciones, etc. En este caso el administrador del sistema debe definir que tipos de tareas se ejecutan en cada uno de los procesadores.

  2.     SIMÉTRICO: Las tareas de usuario y del sistema se reparten equitativamente entre todos los procesadores, y existe un procesador que actúa como planificador de tarea. Es decir, cada procesador puede ejecutar cada tipo de tarea y todos tienen la misma capacidad.

 Además, en multiproceso simétrico una tarea puede ser desplazada de un procesador a otro en función de las variaciones en la carga de trabajo. De este modo se evita que un procesador este sobrecargado mientras otro permanece ocioso; en definitiva, mejora el rendimiento y permite escalar la unidad con procesadores adicionales, memoria u otros subsistentes.

 Un  sistema simétrico esta configurado generalmente con múltiples procesadores y unidades de memoria caché que se conectan a un único canal de conexión  rápido y comparten la memoria principal del sistema.

 

Las estructuras con multiprocesador persiguen dos objetivos:

 Escalabilidad y configurabilidad.

 

  • La Escalabilidad permite aumentar el número de procesadores, mejorando el rendimiento de la unidad y asegurando una compatibilidad absoluta para todas las aplicaciones que se desarrollen sobre esta plataforma en el futuro.

La escalabilidad determina, en definitiva, la capacidad de crecimiento de la unidad central multiusuario.

Por tanto durante el análisis de una unidad central multiusuario, un factor que debe ser tenido muy en cuenta es el máximo número de procesadores soportados.

 

  • La Configurabilidad permite ajustar el rendimiento de la unidad a las necesidades de las aplicaciones de usuario a través de su actualización.

   

    FUNCIONAMIENTO DE LA CPU

Cuando se ejecuta un programa, el registro de la CPU, llamado contador de programa, lleva la cuenta de la siguiente instrucción, para garantizar que las instrucciones se ejecuten en la secuencia adecuada. La unidad de control de la CPU coordina y temporiza las funciones de la CPU, tras lo cual recupera la siguiente instrucción desde la memoria. En una secuencia típica, la CPU localiza la instrucción en el dispositivo de almacenamiento correspondiente. La instrucción viaja por el bus desde la memoria hasta la CPU, donde se almacena en el registro de instrucción. Entretanto, el contador de programa se incrementa en uno para prepararse para la siguiente instrucción. A continuación, la instrucción actual es analizada por un descodificador, que determina lo que hará la instrucción. Cualquier dato requerido por la instrucción es recuperado desde el dispositivo de almacenamiento correspondiente y se almacena en el registro de datos de la CPU. A continuación, la CPU ejecuta la instrucción, y los resultados se almacenan en otro registro o se copian en una dirección de memoria determinada.

v     PARA HACER SU TRABAJO, EL CPU NECESITA:

  •                Para leer/escribir en memoria o en un dispositivo de E/S: Mecanismo de comunicación con la memoria y los dispositivos de E/S: buses del sistema.

  •               Para trabajar con instrucciones/datos: Mecanismo de almacenamiento interno de información: registros. Mecanismo interno de comunicación: buses

  •             Para realizar operaciones con los datos, tomar decisiones acerca del flujo de control Unidad Aritmético-Lógica: ALU.

  •           Para controlar la secuencia de operaciones a realizar en todo este proceso: Unidad de Control: CU.

Para que el CPU opere, se le debe proveer un programa con instrucciones y datos. Las instrucciones dicen al CPU que acciones necesitan ser realizadas con los datos. Representando las instrucciones y los datos con códigos binarios. De hecho, la CPU no hace ninguna distinción sobre si esta acumulando instrucciones o datos en el RAM, este es el concepto de programa almacenado.

Los primeros dispositivos que computaban no eran flexibles en su modo de trabajo, el programa que cada dispositivo ejecutaba se construía en la unidad de control como una pieza de la maquina, con cada operación de computo se modificaba el circuito.

             Una idea modifico este concepto: el programa, lo mismo que los datos, se guardan en la en memoria principal. Si la unidad de control se diseña para extraer el programa de memoria, para decodificar las instrucciones y ejecutarlas, un programa de computadora puede ser cambiado simplemente cambiando el contenido de la memoria de la misma en vez de modificar la unidad de control. Este concepto de programa almacenado se ha convertido en el sistema  usado hoy, en los modernos computadores. Para aplicarlo, una maquina se diseña para reconocer ciertas configuraciones de bits como representación de ciertas instrucciones. Esta colección de instrucciones junto con el sistema de codificación se llama lenguaje de maquina porque define los medios por los cuales comunicamos algoritmos a la maquina.

Así ambas entradas de información a la CPU se guardan en memoria, y la CPU funciona por ciclos de traer una instrucción, de decodificarla, y de ejecutarla. Este proceso se conoce como el ciclo de traer-decodificar-ejecutar.

El ciclo comienza cuando una instrucción se transfiere de memoria al IR a lo largo del bus de datos. En el IR, una única configuración de bits (una instrucción cualquiera) escrita en lenguaje de maquina se extrae y se envía al decodificador. Este componente es responsable del segundo paso de progresión del ciclo, es decir, reconociendo que operación representa la configuración de bits y activa el trazado de circuito correcto para realizar la operación.

Esto implica a veces la lectura de datos de la memoria, guardar datos en memoria, o activar el ALU para realizar una operación matemática. Una vez que se realice la operación, el ciclo comienza otra vez con la instrucción siguiente.

            La CPU sabe siempre donde encontrar la siguiente instrucción porque el contador de programa lleva a cabo el direccionamiento de la instrucción actual. Cada vez que se termina una instrucción, el contador de programa es avanzado en una posición de memoria.

Cada instrucción de maquina se compone de dos partes: el código de operación y el operando, la configuración de bits que aparece en el campo del código de operación indica cuales de las operaciones elementales son solicitadas por la instrucción, tales como ALMACENAR (STORE) o SALTO (JUMP). Las configuraciones de bits que se encuentran en el campo del operando proporcionan a una información mas detallada sobre la operación especificada por el código de operación.

Por ejemplo, en el caso de una operación de ALMACENAR, la información en el campo del operando indica que registro contiene los datos que se guardan y en cual unidad de memoria se escriben los datos. El siguiente dibujo muestra y solo a modo de ilustración el formato de una instrucción para nuestro CPU, el formato para un ordenador real es muy parecido.

         Los primeros tres dígitos binarios representan el código de operación y los seis dígitos binarios finales representan el operando. El digito binario del medio distingue entre los operandos que son direcciones de memoria y los operandos que son números. Cuando el digito binario se fija a ' 1 ', el operando representa un numero. Todos los códigos de operación están dados en forma escrita para simplificar la programación, denominado lenguaje ensamblador. Los programas escritos en lenguaje ensamblador se deben convertir a su representación binaria antes de que la CPU pueda entenderlos. Esto lo realiza generalmente otro programa llamado ensamblador.

 

 

RELACIÓN CON OTROS COMPONENTES 

 

Para entender el desarrollo de este programa se hace necesario estudiar el funcionamiento del ordenador, ya que hacemos gran uso en el mismo de  la memoria, los registros y la unidad aritmética.

 

El corazón de un ordenador es una unidad que centraliza el control de todo el proceso de ejecutar un programa, formado por instrucciones y datos, denominado CPU (central processing unit). Este dispositivo contiene todo el sistema de circuitos necesarios para manipular datos y para ejecutar instrucciones.

La CPU se compone de cinco componentes básicos: el RAM, los registros, las líneas (Bus) de datos, direcciones y control, la unidad aritmética-lógica y la unidad de control. Cada uno de estos componentes se representa en el diagrama de abajo, el mismo muestra un CPU simple con 16 bytes de RAM, analizaremos los componentes básicos de la CPU, mas detalladamente.

 

·             RAM: este componente es una memoria elemental, formado por sistemas denominadas latches (en ingles), que son unidades electrónicas que retienen un estado eléctrico, por ejemplo 5 voltios o 0 voltios, un 1 binario o un 0 binario respectiva-mente, una vez activados, los mismos se combina con un decodificador que selecciona las posiciones de memoria a utilizar.

 

·             Registros: estos componentes son memorias especiales a las que se puede acceder muy rápidamente. Se muestran tres registros: el registro de la instrucción (IR), el contador de programa (PC), y el acumulador. En el sistema que utilizamos para hacer fucionar el programa hay más registros, pero para nuestro estudio utilizaremos tres.

 

·             Líneas: estos componentes son la vías de los datos e instrucciones de la CPU. Los buses son manojos de alambres minúsculos que llevan datos e instrucciones entre los componentes. Las tres líneas más importantes son la de direcciones, la de datos, y las de control.

 

 

·             Unidad Aritmetica_Logica (ALU): esta unidad realiza todos los cálculos matemáticos de la CPU. Se compone de un circuito complejo. El ALU, puede sumar, restar, multiplicar, dividir, y realizar un otros cálculos u operaciones con los números binarios.

 

·             UNIDAD DE CONTROL: este componente es responsable de dirigir el flujo de instrucciones y de datos dentro de la CPU. La unidad de control se construye realmente de muchos otros circuitos, tales como decodificadores y de multiplexores. En el diagrama, el decodificador y el multiplexor componen la unidad de control.

 

 


 

ESTRUCTURA INTERNA

(HARDWARE)

DE UN MICROPROCESADOR

 


 

La unidad central de Proceso (CPU)

En todo procesador se distinguen básicamente dos partes:

UNIDAD DE CONTROL: encargada de realizar el control del proceso, es decir de generar las señales necesarias para activar los componentes de la unidad de tratamiento que actuarán sobre los datos en el instante de tiempo que corresponda.
Para su funcionamiento suele disponer de los siguientes elementos.

  • Controlar la secuencia de instrucciones a ser ejecutadas.
  • Controlar el flujo de datos entre las diferentes partes que forman un ordenador.
  • Interpretar las instrucciones.
  • Regular tiempos de acceso y ejecución en el procesador.
  • Enviar y recibir señales de control de periféricos externos.

Elementos que forman parte de la unidad de control y que desempeñan tareas específicas son:

Decodificador de Instrucciones:

        Unidad que interpreta el contenido del registro de instrucciones y permite generar las señales adecuadas para ejecutar la  instrucción.

Decodificador de Direcciones:

        Unidad que interpreta la dirección en el registro de direcciones de Memoria MAR y selecciona la posición de memoria a ser accedida.
 

Registros en la unidad de control:

Los registros son elementos de almacenamiento, donde se almacenan temporalmente valores durante la ejecución de un programa. En la unidad de control se dispone generalmente de los siguientes registros:

    • Registro Contador de Programa (PC).
    • Contador de Programa: Guarda la dirección de la siguiente instrucción a ser ejecutada.
    • Registro de Instrucciones: Guarda la instrucción en curso de ejecución.
    • Registro de Estado: Mantiene información "bits de estado" o " flags"  con información sobre lo que ha pasado en la operación realizada por la ALU.
    • Registro de Direcciones de Memoria (MAR): Guarda la dirección del dato que va a ser accedido en la memoria.

·         Unidad de Tratamiento o camino de datos: agrupa a todos los componentes capaces de manipular los datos, es decir los recursos que disponemos  en el interior del procesador.
 

§         Unidad Aritmética Lógica (ALU).

§         Registro Acumulador (ACC).

§         Registros de propósito general.

Estos componentes aparecen en todos los procesadores de propósito general. En  los procesadores actuales pueden existir múltiples unidades de cada uno de los recursos para aumentar el grado de paralelización al ejecutar un proceso, y de esta manera será posible ejecutar dos instrucciones simultáneamente. Además también se incluyen  unidades de cálculo  más especializadas en el interior del procesador que no existían en los primeros procesadores de propósito general,  tal como  unidades de coma flotante FPU.

Por otro lado, existen procesadores que no son de propósito general y que llamaremos procesadores de propósito específico, los cuales solamente deben realizar una tarea concreta muy especializada. En estos casos es posible simplificar alguno de los componentes o incluso eliminar parte de ellos. Por ejemplo imagínese  que se diseña un procesador para detectar una secuencia de caracteres en un flujo de datos, entonces es posible realizar una unidad de control "ad hoc" de tal manera que no necesitará decodificador de instrucciones ni registros PC e IR, ya que la secuencia de instrucciones u operaciones a realizar es fija y no se necesita un programa, simplemente se puede  conseguir  la secuencia de operaciones a partir de una máquina de estados. El número de registros necesarios para guardar resultados parciales del proceso es pequeño y también será posible reducir el número de los registros que suelen aparecer en un procesador de propósito general.
 

 

Unidad de Tratamiento


          Es un conjunto de recursos en los cuales son tratados los datos. En estos recursos  se realizan operaciones sobre los datos  y se obtiene un resultado o bien se almacenan resultados intermedios. El control de la operación a relizar y que recursos intervienen o no para realizar una determinada tarea se controla mediante las señales que provienen de la unidad de control. Esta señales define el camino que siguen los datos en el conjunto de recursos disponibles, es decir que elementos interviente en el procesamiento del dato de entrada y cuales no para realizar una operación. Por esta razón algunas veces la unidad de tratamiento tambien se denomina " Camino de datos" o "Data Path"

Los elementos que forman parte de la unidad de tratamiento son:

Unidad Aritmético Lógica:

Es la unidad encargada de realizar las operaciones matematicas, operaciones lógicas y comparaciones .

Internamente esta formada por circuitos lógicos elementales para realizar estas operaciones: sumadores, incrementos, operadores lógicos, desplazamientos, rotaciones, comparaciones....
 

Registros en la unidad de tratamiento:

        Tienen la función de  almacenar temporalmente datos durante la ejecucion del programa.

    • Acumulador: Almacena los resultados parciales y el resultado final de la operación realizada por la ALU.

    • Registros de proposito general: Permiten guardar información temporalmente durante la ejecución del programa.

La unidad central de Proceso (CPU).

 

Identificación del procesador

 Y los componentes asociados en un PC


      La unidad central de proceso reside en la placa base o placa madre; una placa de material plástico bastante grande, aunque cada vez mas pequeña, que suele estar situada horizontalmente en la parte inferior de la carcasa de los ordenadores de sobremesa, o verticalmente en el fondo de los de torre. Para verla, es posible que tengamos que desmontar las tarjetas de expansión. Por el lado superior, la placa base contiene diversos componentes electrónicos: circuitos integrados en pastillas ("chips"), condensadores, interruptores, conectores, etc.

     La parte inferior de la placa base puede llevar algun componente pero principalmente lleva un circuito impreso, es decir, una red de conexiones eléctricas formadas por delgadas líneas de cobre terminadas por orificios milimetricos. Los componentes situados en uno de los lados de la placa tienen patitas metálicas que atraviesan estos orificios y se conectan soldandolos en la terminación de las líneas de cobre. Realmente en una placa base de un PC hay multiples capas de conexionado generando un esquema de interconexiones relativamente complejo.

      Los elementos que podemos distinguir en la  placa base son:

  • El microprocesador : Generalmente es el "chip" más grande de todos, el que realiza la mayor parte de los cálculos y operaciones del ordenador. Sus patas están introducidas por simple presión en un zócalo especial, y a veces es posible sustituirlo por uno más avanzado. En los ordenadores actuales es facil identificarlo porque se encuentra debajo de un ventilador o de un radiador metalico. Esto es debido a la necesidad de una refrigeración para que el microprocesador no se caliente y comience a funcionar fuera del rango de temperatura para eo que se ha diseñado. En la figura anterior es necesario quitar el ventilador y un radiador  para ver el micro. En la figura se muestra un Pentium III de Intel.
     

      La memoria principal: Esta parte de la memoria se encuentra directamente situada sobre la placa base, pero generalmente es posible ampliarla. En los ordenadores antiguos era preciso insertar los "chips" uno por uno, con el peligro de que se doblaran las patitas. En los modernos, se utilizan bancos de memoria SIP o SIMM, pequeñas tarjetas con los"chips" ya montados que se conectan en zócalos especiales situados sobre la placa base. Las tarjetas SIP tienen patitas independientes, mientras que las SIMM llevan las conexiones sobre una barrita de plástico. Si desea añadir memoria a su ordenador, tenga cuidado de adquirirla del tipo adecuado: si la placa base tiene conectores SIMM, sólo deberá utilizar este tipo de memoria.

  • La memoria caché de segundo nivel (L2) es una memoria muy rápida llamada SRAM (RAM estática) que se coloca entre la  memoria principal y la CPU y que almacena los últimos datos transferidos.   El procesador, como en los casos de caché de disco, primero consulta a dicha memoria intermedia para ver si la información  que busca está allí, en caso afirmativo podemos trabajar con ella sin tener que esperar a la más lenta memoria principal. Dicha memoria solo se usa como caché debido a que su fabricación es muy cara y se emplea en módulos de poca capacidad como 256 ó 512 Kb. No hay que confundir nunca la memoria de segundo nivel con la de primer nivel (L1) que esta  integrada dentro del procesador, y suele ser de menor capacidad 16 ó 32K  , aunque evidentemente dispone de un acceso mucho más rápido por parte de la CPU.

  • En micropocesadores como el Pentium II se ha diseñado un encapsulado (SEC)  especial para conectar directamente la cache externa de nivel 2 al procesador, como puede verse en la siguiente figura.
     

  • Segun se ha ido incementando la densidad de integración ha sido posible incluir en le procesador; como en el caso del pentium III;  caches de nivel 2 de tamños de hasta 512 Kb.

    Otros componentes:
     

  • El bus de direcciones y datos: Son conexiones que transmiten información de una parte a otra de la placa. La evolución de los procesadores ha implicado el uso de buses con tamaños crecientes de 8 bits, de 16 bits y de 32 bits. Existen estándares diferentes: ISA, EISA,PCI  y Microcanal. La más utilizada hoy día es bus PCI.
     

  • Conectores de tarjetas de expansión: Una placa base suele contener cierto número de conectores o ranuras que permiten añadir tarjetas de expansión para realizar operaciones especiales, como el control de la pantalla, del disco duro o de la disquetera, generar sonido, etc. Los conectores comunican eléctricamente dichas tarjetas con el bus de datos, y serán más cortas o más largas según el número de bits que transmitan. Al conectar una tarjeta, hay que tener cuidado de introducirla en un conector adecuado.

  • Conectores de dispositivos externos: A veces, los conectores del ratón y del teclado están situados directamente sobre la placa base.

  • El reloj: Es un circuito oscilador basado en un crital de cuarzo que genera una señal periodica a un frecuencia precisa.

  • La batería: Muchos ordenadores llevan una pequeña batería en la placa base, que proporciona al ordenador la energía suficiente para no perder la configuración del sistema y mantener el reloj en marcha, incluso cuando está apagado. Al cabo de algunos años, la batería se agota y es preciso sustituirla.