¿Qué registros intervienen en una operación de lectura y de escritura en la memoria principal?

MICROPROCESADORES

Microprocesador

Circuito integrado compuesto por millones de transistores que contiene Algunos o todos los elementos hardware de una CPU.

Dos grandes tareas:

• Gestión de las instrucciones: dar las órdenes precisas para Que se traigan desde MP las instrucciones y los operandos y se almacenen en los Registros apropiados.

• Ejecución de instrucciones: ejecutar las microoperaciones (aritméticas, lógicas) que requiere cada instrucción.

2. Ley De Moore (1965):Cada año se duplica el nº de componentes (~ duplicación de La velocidad) y el coste se reduce.

4.   El micro juega un papel muy importante en los siguientes aspectos:

• Determina Gran parte de las prestaciones del equipo, aunque no es el único
• Fiabilidad Y estabilidad vienen determinadas por la calidad del procesador
• El Procesador determina el tipo de placa base que va a necesitar el Sistema(zócalo)

Medidas de rendimiento del procesador:

• MIPS = millones de instrucciones ejecutadas por segundo.
• MegaFLOPS = millón de operaciones en punto flotante por segundo.
• En La actualidad: GIPS y GFLOPS6

ARQUITECTURA INTERNA:

• Unidad de coma Flotante (FPU): Coprocesador matemático.

Operaciones básicas, aunque en algunos Sistemas también cálculos trigonométricos o exponenciales.

• Registro Índice: Direccionamiento Indexado.
  Direccionamiento: formas de transformar el campo del operando de una Instrucción en la dirección del operando.
  Dirección= dirección del operando + valor del registro.

ENCAPSULADO Y PINES:

Comunicación con el exterior (pines)

• Bus De Datos
• Bus De Direcciones
• Señales De control
• Reloj
• Tensión Y toma de tierra

FACTORES QUE DETERMINAN EL RENDIMIENTO DE UN PROCESADOR

1. Reloj del sistema
2. Prest aciones del Bus (FSB)
3. Tamaño de palabra
4. Memoria caché
5. Tecnología de fabricación
6. Juego de instrucciones (Arq. RISC/CISC)
7. Número de núcleos
8. Disipación del calor

Reloj del sistema: sincroniza el trabajo del procesador.

Tradicionalmente: instrucciones complejas Requerían varios ciclos de reloj para su ejecución.

Actualmente: más de una operación por cada Ciclo de reloj. Se mide en KHz, MHz, GHz,...

– Actualmente: menos determinante → más Núcleos.

– Rendimiento: influencia de la arquitectura Del sistema.

Reloj de sistema alto pero arquitectura Pobre -> muchos ciclos.

Reloj de sistema inferior pero arquitectura Más eficaz-> menos ciclos.

Prestaciones del bus: -Ancho: cantidad de datos que la CPU Transmite/recibe de una sola vez (MP, chipset, dispositivos de E/S).

Anchos habituales: 8, 16, 32, 64, 128 bits.

Mayor ancho de bus -> mayor Transferencia de datos.

– Velocidad: medida en MHz, relacionada con La de otros buses: la velocidad del bus de memoria suele ser la misma que la Del FSB; el resto de buses funcionan a velocidades que son una fracción de la Del FSB (¾ FSB).

Tamaño de palabra:         Cantidad de datos que la CPU procesa en Un ciclo de reloj.

                                         Cantidad De datos leída/escrita de/en memoria principal de una sola vez

• Tres aspectos fundamentales:

1. Registros internos: el tamaño de los registros del Procesador.
2. Bus del procesador (FSB): el tamaño de los datos con los Que se comunica el procesador con el exterior (ancho de banda).
3. Bus de direcciones: indica el tamaño máximo de RAM que el Ordenador puede direccionar. Para n bits -> 2n posiciones de memoria Distintas.

• Tamaños habituales: 8, 16, 32, 64 bits. Mayor tamaño de Palabra: procesamiento más rápido.

Memoria caché: memoria mucho más rápida que la RAM (mucho Más cara y de menor tamaño).

– Aumenta el rendimiento pues almacena los Datos que se prevé que más se van a usar (y no hay que ir a buscarlos a la Memoria RAM).

– Varios niveles: L1, L2, L3.

• El nº indica la cercanía al procesador (e Inversamente, la velocidad).

• L1: en el núcleo del procesador, tamaño: 32 x 2 Kb. División en Data Caché e Instruction Caché

• L2: en el procesador (compartida por los Núcleos) o una por núcleo (según fabricantes). Tamaño: 256 Kb.

• L3: no tan estandarizada. Tamaño: 45 MB

Juego de instrucciones: Instrucciones de que dispone el procesador Para llevar a cabo sus tareas.

– Arquitecturas CISC y RISC.

– CISC (Complex Instruction Set Computer): Pocas instrucciones complejas. AMD e Intel para PC's.

– RISC (Reduced Instruction Set Computer): Instrucciones muy sencillas. Sobre todo dispositivos móviles.

Disipación del calor. Métodos de refrigeración:

DE UNIR

• Disipador: ofrecer más superficie para la Disipación del calor.

• Ventilador: movimiento del aire caliente.

• Refrigeración líquida: calentamiento de Un líquido → enfriamiento del líquido.

• Refrigeración líquida por inmersión: Sumergir el equipo en líquido refrigerante (aceite) de baja conductividad Eléctrica.

• Refrigeración por metal líquido: similar A la ref. Líquida pero usando un metal líquido (galio e indio) con mayor Conductividad térmica que el agua. La bomba que mueve el líquido usa imanes.

• Refrigeración peltier: al aplicar un Voltaje a dos metales → diferencia de temperatura. Uso de células de peltier.

• Tubos de calor (heat pipes): uso de tubos Herméticos con líquido en su interior.

• Criogenia: uso de nitrógeno líquido o2 H1ielo seco.

Tecnología de integración: es la anchura de los transistores que Forman el procesador. Se mide en micras o nanómetros.

Juego de instrucciones (ISA: Instruction Set Architecture): Especificación detallada de las

instrucciones de una CPU.…

MEJORAS EN LA IMPLEMENTACIÓN DEL MICROPROCESADOR

FUNDAMENTOS:

1. El tiempo de ejecución de un programa está afectado por el Retardo o latencia que introduce la M.P. Y que obliga a la CPU a esperar.
2. Alternativas para eliminar el efecto de la latencia:

Eliminar la latencia

Ocultar la latencia (haciendo otras Operaciones mientras se completa la operación con latencia).

• Ocultar la latencia (haciendo otras operaciones mientras se Completa la operación con latencia).
• Pipelining o segmentación de cauce
  
• Ejecución superescalar
• Procesador multihebra (multithreading)
• Hyperthreading (Intel)
• Procesador multinúcleo

3. Multiprogramación (o multitarea): gestión de varios Procesos dentro de un sistema monoprocesador. Para poder ejecutar Simultáneamente varios procesos éstos se alternan rápidamente en el Procesador, dando la sensación de que se están ejecutando a la vez.
4. Multiproceso: gestión de varios procesos en un sistema Multiprocesador.
5. Proceso distribuido: gestión de varios procesos que se Ejecutan en sistemas de computadores múltiples y remotos.

MEMORIA CACHÉ:

• El primer PC en incluirla fue el 486
• La memoria caché es mucho más rápida que la memoria Principal.
• Se basa en el principio de localidad: los datos que han Sido leídos recientemente de memoria es muy probable que vayan a ser Necesitados en un futuro cercano.

SEGMENTACIÓN DE CAUCE:

• También se denomina Pipelining.
• Basada en la posibilidad de descomponer las instrucciones En varias etapas
• Cada etapa utiliza diferentes componentes del ordenador, Por lo que se pueden ejecutar simultáneamente diferentes etapas de Diferentes instrucciones en la misma CPU.

EJECUCIÓN SUPERESCALAR:

• Evolución del Pipelining -> más de una instrucción en Cada etapa
• Paralelismo de instrucciones y de flujo.
• Permite que varias instrucciones avancen simultáneamente a Través de las etapas de segmentación.
• Un procesador superescalar tendrá varias unidades Funcionales independientes:

üALU

üUnidad de Coma Flotante

üUnidad de L/E en memoria

TECNOLOGÍA HYPER-THREADING:

• Propietaria de Intel
• Simula dos procesadores lógicos dentro de un procesador Físico. El sistema operativo ve realmente dos procesadores.
• Acelera la ejecución de aplicaciones multihebra (varios Hilos de ejecución).

PROCESADORES MULTINÚCLEO:

•  Contienen en el Mismo chip varios núcleos o procesadores independientes.
•  Requieren que las Aplicaciones sean paralelizables para aprovechar su potencial.

EXTENSIONES DEL JUEGO DE INSTRUCCIONES:

• MMX: es una extensión de x86 que incluye un conjunto de Instrucciones específicas para el tratamiento de contenidos multimedia.