Conceptos de microprocesador

Microprocessores el cerebro de la computadora, que hace todo el trabajo. Es un procesador de computadora que incorpora todas las funciones de CPU (Unidad Central de Procesamiento) en un solo IC (Circuito Integrado) o como máximo unos pocos IC. Los microprocesadores se introdujeron por primera vez a principios de la década de 1970. 4004 fue el primer microprocesador de propósito general utilizado por Intel en la construcción de computadoras personales. La llegada de microprocesadores de propósito general de bajo costo ha sido fundamental en el desarrollo de la sociedad moderna tal como lo ha hecho.

Estudiaremos en detalle las características y componentes de un microprocesador.

Características de los microprocesadores

Los microprocesadores son dispositivos multipropósito que pueden diseñarse para funciones genéricas o especializadas. Los microprocesadores de computadoras portátiles y teléfonos inteligentes son de uso general, mientras que los diseñados para procesamiento gráfico o visión artificial son especializados. Hay algunas características que son comunes a todos los microprocesadores.

Estas son las características definitorias más importantes de un microprocesador:

  • Velocidad de reloj
  • Conjunto de instrucciones
  • Tamaño de la palabra

Velocidad de reloj

Cada microprocesador tiene un internal clockque regula la velocidad a la que ejecuta las instrucciones y además la sincroniza con otros componentes. La velocidad a la que el microprocesador ejecuta las instrucciones se denominaclock speed. Las velocidades de reloj se miden en MHz o GHz, donde 1 MHz significa 1 millón de ciclos por segundo, mientras que 1 GHz equivale a mil millones de ciclos por segundo. Aquí el ciclo se refiere al ciclo de una sola señal eléctrica.

Actualmente, los microprocesadores tienen una velocidad de reloj en el rango de 3 GHz, que es el máximo que puede alcanzar la tecnología actual. Velocidades superiores a esta generan suficiente calor como para dañar el propio chip. Para superar esto, los fabricantes están utilizando varios procesadores que trabajan en paralelo en un chip.

Tamaño de la palabra

El número de bits que puede procesar un procesador en una sola instrucción se denomina su word size. El tamaño de la palabra determina la cantidad de RAM a la que se puede acceder de una vez y el número total de pines en el microprocesador. El número total de pines de entrada y salida determina a su vez la arquitectura del microprocesador.

El primer microprocesador comercial Intel 4004 fue un procesador de 4 bits. Tenía 4 pines de entrada y 4 pines de salida. El número de pines de salida es siempre igual al número de pines de entrada. Actualmente, la mayoría de los microprocesadores utilizan una arquitectura de 32 bits o 64 bits.

Conjunto de instrucciones

Un comando dado a una máquina digital para realizar una operación en un dato se llama instruction. El conjunto básico de instrucciones a nivel de máquina que un microprocesador está diseñado para ejecutar se denominainstruction set. Estas instrucciones realizan este tipo de operaciones:

  • Transferencia de datos
  • Operaciones aritmeticas
  • Operaciones lógicas
  • Flujo de control
  • Entrada / salida y control de la máquina

Componentes del microprocesador

En comparación con los primeros microprocesadores, los procesadores actuales son muy pequeños, pero aún tienen estas partes básicas desde el primer modelo:

  • CPU
  • Bus
  • Memory

UPC

La CPU está fabricada como un circuito integrado a gran escala (VLSI) y tiene estas partes:

  • Instruction register - Contiene la instrucción a ejecutar.

  • Decoder - Decodifica (convierte a lenguaje de nivel de máquina) la instrucción y la envía a la ALU (Unidad Aritmética Lógica).

  • ALU - Posee los circuitos necesarios para realizar operaciones aritméticas, lógicas, de memoria, de registro y de secuenciación de programas.

  • Register- Contiene resultados intermedios obtenidos durante el procesamiento del programa. Los registros se utilizan para almacenar estos resultados en lugar de la RAM porque acceder a los registros es casi 10 veces más rápido que acceder a la RAM.

Autobús

Las líneas de conexión utilizadas para conectar las partes internas del chip del microprocesador se denominan bus. Hay tres tipos de buses en un microprocesador:

  • Data Bus- Las líneas que transportan datos hacia y desde la memoria se denominan bus de datos. Es un bus bidireccional con un ancho igual a la longitud de la palabra del microprocesador.

  • Address Bus - Es un responsable unidireccional de llevar la dirección de una ubicación de memoria o puerto de E / S desde la CPU a la memoria o puerto de E / S.

  • Control Bus - Líneas que llevan señales de control como clock signals, interrupt signal o ready signalse denominan bus de control. Son bidireccionales. La señal que indica que un dispositivo está listo para su procesamiento se llamaready signal. La señal que indica a un dispositivo que interrumpa su proceso se llamainterrupt signal.

Memoria

El microprocesador tiene dos tipos de memoria

  • RAM- La memoria de acceso aleatorio es una memoria volátil que se borra cuando se apaga. Todos los datos e instrucciones se almacenan en RAM.

  • ROM- La memoria de solo lectura es una memoria no volátil cuyos datos permanecen intactos incluso después de desconectar la alimentación. El microprocesador puede leer de él en cualquier momento que lo desee, pero no puede escribir en él. Está preprogramado con la mayoría de los datos esenciales, como la secuencia de arranque, por parte del fabricante.