CIRCUITO INTEGRADO QUE INTERPRETA Y EJECUTA OPERACIONES

SE DIVIDE EN DOS UNIDADES FUNCIONALES:

UNIDAD DE PROCESO. EJECUTA LAS INSTRUCCIONES SIGUIENDO UNA SECUENCIA DE PASOS

UNIDAD DE CONTROL. LAS INTERPRETA Y GENERA SEÑALES ELECTRICAS PARA CONTROLAR DICHA SECUENCIA

A ESTE CONJUNTO SE LE DENOMINA CPU, CENTRAL PROCESSING UNIT, UNIDAD DE PROCESO CENTRAL

EL MICROPROCESADOR

EL MICROPROCESADOR

MICROPROCESADOR AÑO FRECUENCIA MICRAS TRANSISTORES MIPS

4004 1971 0,75 MHz 12 2.300 >0.1

8080 1974 1 MHz 5 6.000 >0.1

8080 – 8086 1979 4,77 – 8 MHz 1,5 29.0000,2

0,33

80286 1982 12 MHz 1,5 134.000 1,2

80386 1985 16 MHz 1,5 275.000 5

80486 1989 25 MHz 1,2 1.200.000 20

PENTIUM 1993 75 MHz 0,8 - 0,35 3.100.000 >100

PENTIUM PRO 1995 133 MHz 0,6 – 0.35 5.500.000

>200

PENTIUM II 1997 233 MHz 0,33 7.500.00

PENTIUM III 1999 450 - 550 MHz 0,25 13.000.000

MECED (ITANIUM) 2000 800 MHz 0,18 25.000.000

PENTIUM 4 2001 1,2 -2,8 GHz 0,18-0,13 42.000.000

EVOLUCION DE LOS MICROPROCESADORES

1ª Aparición de la válvula de vacío. Años 40

GENERACIONES DE COMPUTADORES

2ª Aparición del transistor. Años 50

3ª Aparición del circuito integrado. Años 60

4ª Aparición del microprocesador. Años 70

5ª Distanciamiento entre la frecuencia del micro y y la placa base

6ª Montaje de múltiples CPUs en la placa base

MAGNITUDES DE UN MICROPROCESADOR

TIEMPO DE LA CPUTIEMPO DE LA CPU: Tiempo invertido en la ejecución de un programa:

Tcpu = NI x CPI x T Tcpu = NI x CPIF

NI Número de instrucciones máquina en que se transforma el programa

CPI Número medio de ciclos de reloj que se necesitan para ejecutar cada instrucción

T o F Tiempo de ciclo de reloj o frecuencia

MIPS Y FLOPSMIPS Y FLOPS: Medida estándar del rendimiento de computadoras

MIP =NI

Tcpu10 - 6 =

F

CPI10 - 6 Millones de instrucciones por segundo

MFLOPS: Millones de operaciones en punto flotante por segundo

BENCHMARDKSBENCHMARDKS: Programas de evaluación

EL MICROPROCESADOR

LEY DE AMDAHL: Establece que la mejora obtenida en el rendimiento de un sistema debido a la alteración de uno de sus componentes está limitada por la fracción de tiempo que se utiliza dicho componente.

A =1

(1 - Fm) + FmAm

A es la ganancia en velocidad obtenida gracias a la mejora

Am es el factor de mejora introducido en el subsistema

Fm es la fracción de tiempo que el sistema utiliza el subsistema

TECNOLOGIA DE INTEGRACION: Representa la mínima resolución de la litografía a integrar. Consiste en la superposición de capas de millones de transistores de silicio interconectados mediante aluminio. La tecnología mas utilizada es la CMOS.

El parámetro clave es la distancia de integración, es decir la anchura del canal de silicio, o a veces la anchura de la pista de conexión.Esta tecnología influye en muchos factores del diseño del micro:

EL MICROPROCESADOR

1. Número de transistores, complejidad y coste

2. Voltaje de alimentación, consumo y temperatura

3. Espacio físico, se pretende que sea lo mas reducido

PARALELISMO A NIVEL DE INSTRUCCIÓN: Consiste en simultanear la ejecución de varias instrucciones:

EL MICROPROCESADOR

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

SEGMENTACIÓN (PEPELINING): División de la instrucción en varias etapas, estas fluyen secuencialmente por las distintas unidades funcionales del microprocesador.

PARALELISMO A NIVEL DE INSTRUCCIÓN: Consiste en simultanear la ejecución de varias instrucciones:

EL MICROPROCESADOR

SUPERESCALARIDAD: Replica de algunas unidades funcionales para poder ejecutar varias instrucciones simultáneamente.

BI DI LO EJ WR BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR BI DI LO EJ WR

PARALELISMO A NIVEL DE INSTRUCCIÓN: Consiste en simultanear la ejecución de varias instrucciones:

EL MICROPROCESADOR

SUPERSEGMENTACIÓN: La segmentacion y la superescalaridad son compatibles y dan origen a la supersegmentación

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

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BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

BI DI LO EJ WR

EL MICROPROCESADORCOMPARATIVA ENTRE TECNOLOGIA RISC Y CISC

RISC CISC

HARDWARE

Tiempo de desarrollo Bajo Alto

Unidad de control Cableada Microprogramable

Banco de registros Extenso > 256 Reducido 16 a 32

Espacio de integración Reducido Grande

SOFTWARE

Tiempo de desarrollo Alto Bajo

Compilador Complejo Sencillo

Programa objeto Muy largo Compacto

DISEÑO

Formato de las instrucciones Fijo Variable

Conjunto de instrucciones Pequeño < 128 Grande 200 a 500

Modos de direccionamiento Pocos y simples Muchos y complejos

Características de las instrucciones

Sencillas y rápidas

( 1 ciclo )

Potentes y lentas

( 4 a 20 ciclos )

Ejemplos comercialesPowertPC

R10000

80 x 86

68000