Arquitectura de Procesadores: Niveles de Memoria, Instrucciones y Tecnologías de Rendimiento

Jerarquía de memoria en el procesador

• Nivel 0: Registros.
• Nivel 1: Memoria caché (L1, L2, L3).
• Nivel 2: Memoria principal (RAM).
• Nivel 3: Memoria secundaria (Disco duro).
• Nivel 4: Memoria auxiliar (Nube).

Memoria caché

No existe una única caché, sino varias, divididas en tres niveles:

• L1: Es la más cercana a la CPU y la más rápida.
• L2: Posee mayor capacidad y suele ser específica para cada núcleo.
• L3: Es la de mayor tamaño y presenta una latencia superior.

Instrucciones extendidas

MMX

1. Solo efectúa operaciones de números enteros.
2. Juego de instrucciones de Intel.
3. Utiliza registros de 64 bits.

SSE

1. Opera con datos enteros y en coma flotante.
2. Corrige errores de MMX.
3. Opera con registros de 128 bits.

Arquitectura y ejecución

• Procesador de un núcleo: Las tareas no se ejecutan al mismo tiempo; se reparten de forma alterna.
• Procesador multinúcleo: Puede ejecutar aplicaciones en distintos núcleos, optimizando el tiempo de proceso de la CPU.
• Aplicación multihilo: Programa que consta de un proceso principal y varios hilos de ejecución que se ejecutan paralelamente.

Tecnologías de optimización

Hyper-Threading

• Técnica introducida por Intel.
• Surgió para aprovechar los ciclos de reloj en los que la CPU espera la llegada de nuevos datos o instrucciones.
• En procesadores multicore, el sistema operativo detecta el doble de CPUs de las que físicamente posee.

Intel Turbo Boost

• Intel implementó IDA (Intel Dynamic Acceleration).
• Permite cambiar dinámicamente la frecuencia del procesador en función del número de núcleos activos.
• Turbo Boost vigila el número de núcleos activos.
• Cuando la temperatura y el consumo eléctrico lo permiten, aumenta la frecuencia de trabajo del microprocesador.

AMD Turbo Core

• AMD separa el procesador en dos bloques de distintos núcleos.
• Si el sistema detecta que uno de los bloques está inactivo, reduce su voltaje y baja su frecuencia.
• Mientras tanto, la otra mitad incrementa el voltaje y realiza un overclocking.
• El sistema de AMD es independiente del sistema operativo.