Arquitectura de Procesadores: Optimización y Tecnologías de Rendimiento

Segmentación de cauce (Pipelining)

• 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: permite procesar más de una instrucción en cada etapa.
• Basada en el paralelismo de instrucciones y de flujo.
• Permite que varias instrucciones avancen simultáneamente a través de las etapas de segmentación.

Tecnología Hyper-Threading

• Tecnología propietaria de Intel.
• Simula dos procesadores lógicos dentro de un procesador físico; el sistema operativo detecta dos procesadores.
• Acelera la ejecución de aplicaciones multihebra (varios hilos de ejecución).

Procesadores multinúcleo

• Históricamente, el rendimiento se incrementaba mediante la velocidad de reloj.
• Barrera de los 4 GHz: a partir de este punto, el consumo energético y la disipación de calor se vuelven críticos.
• Contienen en el mismo chip varios núcleos o procesadores independientes.
• Requieren que las aplicaciones sean paralelizables para aprovechar su potencial.

Diferenciación técnica

• Tecnología multinúcleo: varios “procesadores” independientes en el mismo chip (se duplican algunos componentes de la CPU).
• Tecnología multiproceso: uso de varios procesadores físicos reales, donde cada uno puede contener varios núcleos.

Extensiones del juego de instrucciones

• MMX: extensión de x86 que incluye un conjunto de instrucciones específicas para el tratamiento de contenidos multimedia.
• SSE (Streaming SIMD Instructions): introducidas con el procesador Pentium III, incluyen 70 nuevas instrucciones para el tratamiento de gráficos y sonidos.
• 3D-Now!: desarrollada por AMD para sus procesadores K6-2, incluye instrucciones para el procesamiento de vectores, fundamentales en aplicaciones multimedia.

Tecnología de fabricación

• Determina la densidad de componentes (transistores) en un mismo encapsulado.
• Define el tamaño mínimo de fabricación del transistor, clasificándose por niveles de integración: SSI, MSI, VLSI, ULSI y GLSI.
• Nanómetro: unidad de medida equivalente a la mil millonésima parte de un metro (10⁻⁹ metros).
• Evolución histórica: desde los 10.000 nanómetros del Intel 4004 (1971) hasta los procesos actuales de 20 nm, 14 nm e incluso 7 nm.
• Ejemplo de densidad: el procesador Core i7 980x (6 núcleos) integra 1.170 millones de transistores.