Arquitectura de microprocesadores Intel: del 4004 a la familia Core

Informática y Telecomunicaciones27 may 2021Actualizado el 7 nov 20269,46 KB

Resumen

El documento recorre la evolución de los microprocesadores Intel, desde el 4004 de 1971 hasta la familia Pentium y Core, y explica la arquitectura interna de un microprocesador, con su ALU, registros y unidad de control. También describe los buses de direcciones, datos y control, los tipos de memoria ROM y RAM, y el ciclo de funcionamiento de buscar, decodificar y ejecutar instrucciones.

Puntos clave

El Intel 4004 (1971) fue el primer microprocesador comercial: de 4 bits, 2300 transistores, 640 bytes de memoria y 108 kHz de reloj.
Un microprocesador se divide en ALU, banco de registros y unidad de control.
El bus de direcciones del 8085 tiene 16 bits y permite acceder a 64K direcciones; el bus de datos tiene 8 bits y es bidireccional.
La memoria ROM solo permite lectura, mientras que la RAM permite leer y escribir.
El microprocesador funciona con el ciclo leer/interpretar/ejecutar: busca la instrucción en memoria, la decodifica y la ejecuta hasta encontrar una instrucción de parada.

Ponte a prueba

1. Intel 4004

Un microprocesador es una unidad de proceso central o CPU diseñada para realizar operaciones aritméticas y lógicas, fabricadas en un solo chip con LSI o tecnología VLSI. El microprocesador es el cerebro del computador o cualquier dispositivo digital. Intel impuso el térmico de microprocesador en 1971 y el primero de todos fue el 4004:

-
Microprocesador de 4 bits. - 2300 transistores. - 640 bytes de memoria.
- 108kHz de velocidad de reloj.

2. Del 4004 al 8080

Según la ley de Moore (cofundador de Intel) el número de transistores por circuito integrado se duplicaría cada 18 meses. Por ello el Intel 4004 fue rápidamente remplazado por un microprocesador de 8 bit, el Intel 8008. En 1974, el Intel 8080 (sucesor del Intel 8008) se introdujo como el primer ordenador con un chip con las siguientes carácterísticas:

- Un límite de frecuencia de reloj de 2MHz. - Tiempos de ejecución de instrucciones de 4,5,7,10 u 11 ciclos. - Cientos de miles de instrucciones por segundo

3. Intel 8085

El Intel 8085 es un microprocesador de 8 bits introducido por Intel en 1977. Tenía compatibilidad binaria con el Intel 8080 y además, requería menos hardware de apoyo, permitiendo así que se construyesen sistemas de microcomputadoras más simples y

menos costosas. Más tarde llegaron otros microprocesadores como el 8086, 8088, 80286, 80386 y 80486.

4. La familia "Pentium"

La microarquitectura de quinta generación de Intel fue lanzada por primera vez bajo la marca “Pentium” el 22 de Marzo de 1993. La marca “Pentium 4” se refiere a la línea de Intel de portátiles y CPU de escritorio con un solo núcleo, introducidos el 20 de Noviembre del año 2000.

El conjunto inicial de instrucciones de 32 bis del microprocesador Pentium 4, fue ampliado por el conjunto de 64 bits y pasaban de tener 1.3 GHz a 2 GHz.

5. Microprocesadores Intel Core

El 3 de Junio de 2007, Intel lanzó los procesadores de escritorio “Pentium Dual-Core”, conocidos como “Pentium E2140 y E2160”. El modelo E2180 fue lanzado más tarde en Septiembre de 2007. “Core 2” es una marca que abarca una gama de microprocesadores de 64 bits para uno, doble o cuádruple núcleo, basados en la microarquitectura “Core”.

6. El doble núcleo es mejor que los procesadores de un solo núcleo

El Pentium D consume una potencia relativamente alta. Este produce mucho calor y no es un buen “OverClocker” (no aumenta demasiado la velocidad de reloj de los componentes de un computador).

El núcleo dual utiliza dos núcleos en un solo dado, es decir, tiene dos chips en un paquete. Así, se resuelve el problema del sobrecalentamiento del Intel Pentium D sin perder rendimiento.

Los procesadores Intel Core 2 Dúo son la próxima generación de Intel desarrollados con una nueva arquitectura la cual lo convierte en un procesador que funciona mucho mejor que el anterior y además realiza mejor la función de “OverClocker”.

7. Esquema del microprocesador con arquitectura "bus"

8. Arquitectura interna del microprocesador

Un microprocesador se puede dividir en 3 segmentos:

- ALU (Arithmetic/Logic Unit): esta unidad realiza operaciones aritméticas como la suma, la resta y lógica operacional como AND, OR y OR-exclusive.

- Register Array: consiste en varios registros identificados por letras como B, C, D, E, H, L y acumulador.

- Control Unit: controla el flujo de datos entre la CPU, la memoria y los periféricos.

Un microprocesador también consiste en:

- Un bus de direcciones: puede tener 8, 16 o 32 bits de ancho y envía una dirección a la memoria.

- Un bus de datos: puede tener 8, 16 o 32 bits de ancho y puede enviar datos a la memoria o recibir datos de memoria.

- Una línea de escritura “RD (read)” y otra de escritura “WR (write)”: para decidir si se quiere enviar u obtener la ubicación direccionada.

- Una línea de reloj: permite una secuencia de pulsos de reloj del procesador.

- Una línea de reset: reinicia el contador del programa a cero y reinicia la ejecución.

9. El sistema "bus"

Es un camino de comunicación entre el microprocesador y los periféricos. Es un grupo de cables para llevar bits. Los dispositivos de E/S también se conocen como periféricos: teclados, pantallas…

10. Tipos de memoria en microprocesadores

La memoria almacena la información binaria como instrucciones y datos, y proporciona esa información al microprocesador siempre que sea necesario. La memoria tiene 2 partes principales:

- Memoria ROM: memoria solo de lectura. Los programas almacenados en ella se pueden leer, pero no pueden ser alterados.

- Memoria RAM: memoria de acceso aleatorio. En ella se puede leer y escribir la información almacenada.

11. ¿Cómo funciona un microprocesador?

El microprocesador sigue esta pauta: “leer, interpretar y realizar” o “buscar, decodificar y ejecutar”.

- Las instrucciones se almacenan secuencialmente en la memoria.

- Entonces, el microprocesador extrae los datos / instrucciones de su hoja de memoria, los decodifica, y ejecuta esa instrucción.

- El proceso continúa hasta que el microprocesador encuentra una instrucción para STOP.

- Durante el proceso el microprocesador utiliza el bus para buscar en la memoria las instrucciones binarias y los datos.

- Utiliza registros de la sección de registros para almacenar datos temporalmente.

- El microprocesador realiza la función de cálculo (computación) en la sección de ALU.

- Por último, envía el resultado en binario a los out-ports usando las mismas líneas de bus.

1. Arquitectura del microprocesador

- El microprocesador está programado para realizar funciones en datos dados mediante la escritura de instrucciones específicas en su memoria.

- El microprocesador lee una instrucción por vez, la combina con su conjunto de instrucciones y realiza la manipulación de datos especificada.

- El resultado se almacena en la memoria o se muestra en un dispositivo de salida.

2. La arquitectura del 8085

El 8085 utiliza tres buses separados para realizar sus operaciones:

a. El bus de direcciones:

- 16 bits de ancho (A0, A1, …, A15). Por lo tanto, el 8085 puede acceder a

direcciones con números de 0 a 65.536 (un total de 64K direcciones).

- Unidireccional. La información va del microprocesador a la memoria o los

periféricos.

- Cuando el 8085 desea acceder a una dirección periférica o de memoria, coloca

la dirección de 16 bits en el bus de direcciones y luego envía las señales de

control adecuadas.

b. El bus de datos:

- 8 bits de ancho (D0,D1,D2…D7).

- Bidireccional. La información fluye en ambos sentidos entre el microprocesador y la memoria o E/S.

- El 8085 utiliza el bus de datos para transferir la información binaria. Dado que el bus de datos tiene 8 bits, entonces el 8085 manipula datos de 8 bits por vez.

c. El bus de control:

- No hay un bus de control real. En cambio, el bus de control está constituido por un número de señales de control de un solo bit.

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Preguntas frecuentes

¿Qué es un microprocesador?

Es una unidad de proceso central o CPU diseñada para realizar operaciones aritméticas y lógicas, fabricada en un solo chip con tecnología LSI o VLSI. Es el cerebro del computador o de cualquier dispositivo digital.

¿Cuál fue el primer microprocesador de Intel?

El primero fue el Intel 4004, introducido en 1971. Era un microprocesador de 4 bits con 2300 transistores, 640 bytes de memoria y 108 kHz de velocidad de reloj.

¿Qué diferencia hay entre memoria ROM y RAM?

La memoria ROM es solo de lectura: los programas almacenados se pueden leer pero no alterar. La memoria RAM es de acceso aleatorio y en ella se puede leer y escribir la información.