Arquiutectura Del Cpu Completo

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ARQUITECTURA CISC CISC es un modelo de arquitectura de computadores (del ingls Complex Instruction Set Computing). Computadoras con un conjunto de instrucciones complejo. 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 contraposicin a la arquitectura RISC.

RISCDe Arquitectura computacional, RISC (del ingls), Computadora con Conjunto de Instrucciones Reducidas.Buscando aumentar la velocidad del procesamiento se descubri en base a experimentos que, con una determinada arquitectura de base, la ejecucin de programas compilados directamente con microinstrucciones y residentes en memoria externa al circuito integrado resultaban ser mas eficientes, gracias a que el tiempo de acceso de las memorias se fue decrementando conforme se mejoraba su tecnologa de encapsulado.

La funcin bsica de una computadora es ejecutar programas, el cual esta compuesto de un conjunto de instrucciones almacenadas en memoria. La CPU es la encargada de ejecutar las instrucciones especificas del programa. Para comprender esta funcin debe considerarse el detalle del proceso de ejecucin del programa.

Desde el punto de vista ms simple, se considera el procesamiento de una instruccin en dos etapas:

La CPU lee (busca, trae; fetch en ingls) la instruccin de memoria y la ejecuta. La ejecucin del programa consiste en la repeticin del proceso de traer y ejecutar la instruccin. Se detiene slo si la computadora se desconecta, se produce algn error o se encuentra una instruccin que detiene la computadora.

Ciclo bsico de instruccinPor ejemplo, suponiendo que la operacin especificada consiste en sumar 2 nmeros requeridos en 2 registros de la CPU y almacenar el resultado en un tercer registro de la CPU.

Para efectuar esta instruccin, la CPU identificar los 2 registros y generar las seales de control adecuados para conectar los registros a la unidad de Aritmtica y Lgica (ULA).La CPU tambin hara que la ULA funcione como sumadora y dirija la salida hacia el tercer registro. El proceso de realizacin que especifica una funcin se denomina ciclo de ejecucin.

Los nombres ciclos de bsqueda y ciclos de ejecucin derivan de la naturaleza cclica de la operacin de la computadora una vez que esta empieza a funcionar repite los ciclos de bsqueda y ejecucin de manera continua. Para hacer referencia a cada ciclo suele utilizar el trmino ciclo de mquina.

La instruccin trada se almacena en un registro de la CPU conocido como registro de instruccin (IR instruction register). La CPU interpreta la instruccin y realiza la accin requerida. En general, sta puede ser de cuatro tipos:CPU - Memoria: Deben transferirse datos desde la CPU a la memoria o viceversa.CPU - E/S: Deben transferirse datos a o desde el exterior mediante el mdulo de E/S.Procesamiento de datos: La CPU realizar alguna operacin aritmtica o lgica con los datos.Control: Una instruccin puede especificar que la secuencia de ejecucin se altere por lo que la CPU debe poner el contador de programa al valor adecuado.

ORGANIZACIN Y ARQUITECTURA INTERNA DE LA CPU

Diagrama de bloques Los bloques funcionales bsicos son: la unidad de procesamiento central (CPU), la memoria principal, y el procesador de Entrada - Salida.

Unidad de proceso central: Esta es la responsable de la interpretacin y ejecucin de instrucciones contenidas en la memoria principal, las comunicaciones entre la CPU y la memoria principal se realizan a travs de 2 canales funcionalmente distintos: el de direcciones y el de datos.

Para introducir en la memoria, una instruccin especfica, la CPU enva a dicha memoria la direccin de la instruccin por el canal de direcciones y recibe por el mismo medio la instruccin que est en esa direccin. Parte de la instruccin es utilizada por la CPU para identificar la operacin.

REGISTRO E INSTRUCCIONES DE LA CPU

Registros Instrucciones Aritmtica y Lgica Movimientos de datos Operaciones de datos en bloque Instrucciones de control de programa Instrucciones de Entrada-Salida

UNIDADES FUNCIONALES

El procesador se compone de un grupo de unidades interrelacionadas (o unidades de control). Aunque la arquitectura del microprocesador vara considerablemente de un diseo a otro, los elementos principales del microprocesador son los siguientes:

Una unidad de control que vincula la informacin entrante para luego decodificarla y enviarla a la unidad de ejecucin: La unidad de control se compone de los siguientes elementos: Secuenciador (o unidad lgica y de supervisin ), que sincroniza la ejecucin de la instruccin con la velocidad de reloj. Tambin enva seales de control: Contador ordinal, que contiene la direccin de la instruccin que se est ejecutando actualmente; Registro de instruccin, que contiene la instruccin siguiente. UNIDADES FUNCIONALESUna unidad de ejecucin (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas que le asigna la unidad de instruccin. La unidad de ejecucin se compone de los siguientes elementos: La unidad aritmtica lgica (se escribe ALU); sirve para la ejecucin de clculos aritmticos bsicos y funciones lgicas (Y, O, O EXCLUSIVO, etc.); La unidad de punto flotante (se escribe fpu), que ejecuta clculos complejos parciales que la unidad aritmtica lgica no puede realizar; El registro de estado; El registro acumulador. Una unidad de administracin del bus (o unidad de entrada-salida) que administra el flujo de informacin entrante y saliente, y que se encuentra interconectado con el sistema RAM;

ARQUITECTURAS DEL CPU

UNIDA IINTRODUCCIONHoy en da, los programas cada vez ms grandes y complejos demandan mayor velocidad en el procesamiento de informacin, lo que implica la bsqueda de microprocesadores ms rpidos y eficientes.

Los avances y progresos en la tecnologa de semiconductores, han reducido las diferencias en las velocidades de procesamiento de los microprocesadores con las velocidades de las memorias, lo que ha repercutido en nuevas tecnologas en el desarrollo de microprocesadores. Registro Temporal de Memoria Buffer (MBR): Contiene una palabra que debe ser almacenada en memoria, o recibe una palabra procedente de la memoria.Registro Temporal de Instruccin (IBR): Almacena temporalmente la instruccin contenida en la parte derecha de una palabra.Registro de Instruccin (IR): Contiene el cdigo de operacin de la instruccin que se va a ejecutar.Registro de Direccin de Memoria (MAR): Especifica la direccin de memoria de la palabra que va a ser escrita o leda en MBR.Contador de Programa (PC): Contiene la direccin de la siguiente pareja de instrucciones que se traern de memoria.Acumulador (AC) Multiplicador Cociente (MQ): Se emplean para almacenar temporalmente operandos y resultados de operaciones de la ALU.

La meta principal es incrementar el rendimiento del procesador, ya sea optimizando alguno existente o se desee crear uno nuevo. Para esto se deben considerar tres reas principales a cubrir en el diseo del procesador y estas son:

La arquitectura.La tecnologa de proceso.El encapsulado.

La arquitectura de computadoras se refiere a los atributos de un sistema que son visibles a un programador, es decir aquellos atributos que tienen un impacto directo en la ejecucin lgica de un programa.

21La tecnologa de proceso, se refiere a los materiales y tcnicas utilizadas en la fabricacin del circuito integrado,

El encapsulado se refiere a cmo se integra un procesador con lo que lo rodea en un sistema funcional, que de alguna manera determina la velocidad total del sistema.

Aunque la tecnologa de proceso y de encapsulado son vitales en la elaboracin de procesadores ms rpidos, es laarquitecturadel procesador lo que hace la diferencia entre el rendimiento de una CPU (Control Process Unit) y otra.

ARQUITECTURAS CPUExisten dos tipos mas comunes: CISC: Su sistema de trabajo se basa en la microprogramacin. Consiste en hacer que cada instruccin sea interpretada por un miniprograma.

RISC: Microprocesador con un conjunto de instrucciones muy reducidas en contraposicin. Se basan en estructuras simples y por lo tanto su complejidad total de la CPU es menor.

CISCLa microprogramacin es una caracterstica importante y esencial de casi todas las arquitecturas CISC. Como por ejemplo: Intel 8086, 8088, 80286, 80386, 80486.Motorola 68000, 68010, 68020, 68030, 6840.

La microprogramacin significa que cada instruccin de mquina es interpretada por un microprograma localizado en una memoria en el circuito integrado del procesador.

En la dcada de los sesentas la microprogramacin, por sus caractersticas, era la tcnica ms apropiada para las tecnologas de memorias existentes en esa poca y permita desarrollar tambin procesadores con compatibilidad ascendente. En consecuencia, los procesadores se dotaron de poderosos conjuntos de instrucciones.

Las instrucciones compuestas son decodificadas internamente y ejecutadas con una serie de microinstrucciones almacenadas en una ROM interna. Para esto se requieren de varios ciclos de reloj (al menos uno por microinstruccin).

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

Los CISC pertenecen a la primera corriente de construccin de procesadores, antes del desarrollo de los RISC. Ejemplos de ellos son: Motorola 6800, Zilog Z80 y toda la familia Intel x86 usada en la mayora de las computadoras personales actuales.

Hay que hacer notar, sin embargo que la utilizacin del trmino CISC comenz tras la aparicin de los procesadores RISC como nomenclatura despectiva por parte de los defensores/creadores de stos ltimos.

CARACTERSTICAS DE LAS CISC

Reduce la dificultad de crear compiladores. Permite reducir el costo total del sistema Reduce los costos de creacin de software. Mejora la compactacin de cdigo Facilita la depuracin de errores.Muchas instrucciones potentes

32CARACTERSTICAS DE LAS CISC

Muchos modos de direccionamiento Varios formatos de instrucciones Normalmente microprogramados (no microprogramables) La ejecucin de las instrucciones lleva varios ciclos de mquina.

Motorola 6800Motorola 6803

Zilog Z80 A.

Un Z80 en encapsulado LQFP.

INTEL - COSTA RICADebido a que se tiene un conjunto de instrucciones simplificado, stas se pueden implantar por hardware directamente en la CPU, lo cual elimina el microcdigo y la necesidad de decodificar instrucciones complejas.

En investigaciones hechas a mediados de la dcada de los setentas, con respecto a la frecuencia de utilizacin de una instruccin en un CISC y al tiempo para su ejecucin, se observ lo siguiente:

Alrededor del 20% de las instrucciones ocupa el 80% del tiempo total de ejecucin de un programa.

Existen secuencias de instrucciones simples que obtienen el mismo resultado que secuencias complejas predeterminadas, pero requieren tiempos de ejecucin ms cortos.

La relativa sencillez de la arquitectura de los procesadores RISC conduce a ciclos de diseo ms cortos cuando se desarrollan nuevas versiones, lo que posibilita siempre la aplicacin de las ms recientes tecnologas de semiconductores. Por ello, los procesadores RISC no solo tienden a ofrecer una capacidad de procesamiento del sistema de 2 a 4 veces mayor, sino que los saltos de capacidad que se producen de generacin en generacin son mucho mayores que en los CISC.

CARACTERSTICAS DE LAS RISC

Codificacin uniforme de instrucciones (ejemplo: el cdigo de operacin se encuentra siempre en la misma posicin en cada instruccin, la cual es siempre una palabra), lo que permite una decodificacin ms rpida. Estos microprocesadores siguen tomando como base el esquema moderno de Von Neumann. Las instrucciones, aunque con otras caractersticas, siguen divididas en tres grupos:a)Transferencia.b) Operaciones.c) Control de flujo.


Reduccin del conjunto de instrucciones a instrucciones bsicas simples, con la que pueden implantarse todas las operaciones complejas. Arquitectura del tipo load-store (carga y almacena). Las nicas instrucciones que tienen acceso a la memoria son 'load' y 'store'; registro a registro, con un menor nmero de acceso a memoria.


Casi todas las instrucciones pueden ejecutarse dentro de un ciclo de reloj. Con un control implantado por hardware (con un diseo del tipo load-store), base importante para la reorganizacin de la ejecucin de instrucciones por medio de un compilador. Pipeline (ejecucin simultnea de varias instrucciones). Posibilidad de reducir el nmero de ciclos de mquina necesarios para la ejecucin de la instruccin, ya que esta tcnica permite que una instruccin puede empezar a ejecutarse antes de que haya terminado la anterior.


Un conjunto de registros homogneo, permitiendo que cualquier registro sea utilizado en cualquier contexto y as simplificar el diseo del compilador.Modos de direccionamiento simple con modos ms complejos reemplazados por secuencias de instrucciones aritmticas simples. Los tipos de datos soportados en el hardware (por ejemplo, algunas mquinas CISC tiene instrucciones para tratar con tipos byte, cadena) no se encuentran en una mquina RISC.


Adems estos procesadores suelen disponer de muchos registros de propsito general.

El objetivo de disear mquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentacin y el paralelismo en la ejecucin de instrucciones y reducir los accesos a memoria.

APLICACIONES DE LOS PROCESADORES RISC

Las arquitecturas CISC utilizadas desde hace 15 aos han permitido desarrollar un gran nmero de productos de software.

Ello representa una considerable inversin y asegura a estas familias de procesadores un mercado creciente. Sin embargo, simultneamente aumentan las aplicaciones en las cuales la capacidad de procesamiento que se pueda obtener del sistema es ms importante que la compatibilidad con el hardware y el software anteriores, lo cual no solo es vlido en los subsistemas de alta capacidad en el campo de los sistemas.47


Esta clase de equipos se han introducido poco a poco en oficinas, en la medicina y en bancos, debido a los cada vez mas voluminosos y complejos paquetes de software que con sus crecientes requerimientos de reproduccin visual, que antes se encontraban solo en el campo tcnico de la investigacin y desarrollo.


En este tipo de equipos, el software de aplicacin, se ejecuta bajo el sistema operativo UNIX, el cual es escrito en lenguaje C, por lo que las arqutecturas RISC actuales estn adaptadas y optimizadas para este lenguaje de alto nivel.

Por ello, todos los productores de estaciones de trabajo de renombre, han pasado en pocos aos, de los procesadores CISC a los RISC, lo cual se refleja en el fuerte incremento anual del nmero de procesadores RISC, (los procesadores RISC de 32 bits han visto crecer su mercado hasta en un 150% anual).


En pocos aos, el RISC conquistar de 25 al 30% del mercado de los 32 bits, pese al aparentemente abrumador volumen de software basado en procesadores con el estndar CISC que se ha comercializado en todo el mundo.


La arquitectura MIPS-RISC ha encontrado, en el sector de estaciones de trabajo, la mayor aceptacin.

Los procesadores MIPS son fabricados y comercializados por cinco empresas productoras de semiconductores, entre las que figuran NEC y Siemens. Los procesadores de los cinco proveedores son compatibles en cuanto a las terminales, las funciones y los bits.

Las mquinas RISC protagonizan la tendencia actual de construccin de microprocesadores. PowerPC, DEC Alpha, MIPS, ARM, ... son ejemplos de algunos de ellos.

DEC Alpha AXP 21064, un microprocesador RISC

Microprocesador RISC R800

Microprocesador PA-RISC 7300LC

CONCLUSIONESMicroprocesadores CISC Interpretan y ejecutan un gran nmero de instrucciones. Son ms lentos. Microprocesadores RISC Interpretan y ejecutan slo unas pocas instrucciones. Son mucho ms rpidos que los microprocesadores CISC. Todos los microprocesadores utilizados en la fabricacin de ordenadores personales, son de tecnologa CISC.

Las arquitecturas RISC y CISC son ejemplos de CPU con un conjunto de instrucciones para arquitecturas basadas en registros.

Hay quienes consideran que en breve los microprocesadores RISC (reduced instruction set computer) sustituirn a los CISC (complex instruction set computer), pero existe el hecho que los microprocesadores CISC tienen un mercado de software muy difundido, aunque tampoco tendrn ya que establecer nuevas familias en comparacin con el desarrollo de nuevos proyectos con tecnologa RISC.

Los atributos complejo y reducido describen las diferencias entre los dos modelos de arquitectura para microprocesadores solo de forma superficial. Se requiere de muchas otras caractersticas esenciales para definir los RISC y los CISC tpicos. Aun ms, existen diversos procesadores que no se pueden asignar con facilidad a ninguna categora determinada.

As, los trminos complejo y reducido, expresan muy bien una importante caracterstica definitiva, siempre que no se tomen solo como referencia las instrucciones, sino que se considere tambin la complejidad del hardware del procesador.

Instrucciones +Con tecnologas de semiconductores comparables e igual frecuencia de reloj, un procesador RISC tpico tiene una capacidad de procesamiento de dos a cuatro veces mayor que la de un CISC, pero su estructura de hardware es tan simple, que se puede realizar en una fraccin de la superficie ocupada por el circuito integrado de un procesador CISC.

Esto hace suponer que RISC reemplazar al CISC, pero la respuesta a esta cuestin no es tan simple ya que:Para aplicar una determinada arquitectura de microprocesador son decisivas las condiciones de realizacin tcnica y sobre todo la rentabilidad, incluyendo los costos de software.

Las APUsAMD Fusion Llanoestn muy cerca de llegar al mercado y gracias a las ltimas filtraciones acabamos de conocer el procesador para porttil ms potente de la nueva gama. Se trata delFusion A8-3530MX.El chipA8-3530MXest fabricado en tecnologa de 32nm, dispondr de4 ncleosde proceso trabajando a1,9 GHzy con la posibilidad deTurbo, para tareas monohilo que le permite escalarhasta 2,6 GHz. Integra tambin el chip grficoRadeon HD 6620Gque trabaja a444 MHz, una frecuencia ms contenida que el de la Radeon H 6310, pero dispone de400 shaders.Fusion A8-3530MXutiliza el nuevo encapsulado FS1 y dispone de un TDP de 45W, lo normal para procesadores de porttil de gama alta. El procesador soportar memorias DDR33 de hasta 1.600 MHz y funcionar junto con los chipsets A60M y A70M.

IAacaba de anunciar el lanzamiento deVIA QuadCoreun procesador multincleo de bajo consumo, de hecho la compaa lo ha bautizado como el chip de cuatro ncleos de menor consumo del mercado.El chip es muyeficienteenergticamente hablando y promete unrendimientointeresante para aplicaciones multitarea, multimedia y de productividad.VIA QuadCore Processortiene un consumoTDPde27,5 Wtrabajando a1,2 GHz, siendo un 21% ms eficiente que los competidores ms cercanos. El chipVIAcombina cuatro ncleosIsaiah, de hecho son dosdiesde dos ncleos cada uno que comparten4 Mbytes de cach L2y disfrutan de Adaptative Overclocking y bus V4 a 1.333 MHz.

LaInstitucin Smithsonian, diceTIingenieros Gary Boone y Cochran Michael logr crear la primera microcontrolador (tambin llamada microprocesador) en 1971.POR SU ATENCIN GRACIAS!!!

Rivas

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