El Microprocesador: Fundamentos, Componentes y Tecnologías Esenciales

Funciones y Componentes del Microprocesador

El microprocesador es el componente principal del ordenador, actuando como su cerebro.

• Dirige y controla todos los componentes del sistema.
• Se encarga de llevar a cabo las operaciones matemáticas y lógicas en un corto periodo de tiempo.

Descripción Física del Procesador

Físicamente, el procesador es un circuito integrado o chip formado por millones de minúsculos elementos electrónicos (casi todos transistores) integrados en una misma placa de silicio.

Unidad de Coma Flotante (FPU)

También conocida como coprocesador matemático, la Unidad de Coma Flotante (FPU) es la encargada de manejar todas las operaciones en coma flotante, trigonométricas y logarítmicas.

Buses del Procesador: Frontal y Posterior

• El Bus Frontal (FSB) es el que conecta la CPU con la placa base.
• El Bus Posterior es la interfaz entre la caché de nivel 1, el núcleo del procesador y la caché de nivel 2.

Diferencias entre Procesadores de Doble Núcleo y Multiprocesador

En un procesador de doble núcleo, los recursos son compartidos y los núcleos residen en la misma CPU. En un sistema multiprocesador, hay dos CPU diferentes, cada una con sus propios recursos.

Velocidad del Microprocesador

La velocidad de un microprocesador se mide en megahercios (MHz) o gigahercios (GHz) (1 GHz = 1000 MHz). Todos los micros modernos tienen dos velocidades:

• Velocidad interna: La velocidad a la que opera el núcleo del procesador.
• Velocidad externa: La velocidad del Bus Frontal (FSB).

Multiplicador del Procesador

El multiplicador indica la diferencia de velocidad entre la velocidad del FSB y la velocidad interna del propio microprocesador.

Alimentación del Microprocesador

Los microprocesadores reciben la electricidad de la placa base. Existen dos voltajes distintos:

• Voltaje externo o voltaje de E/S (Entrada/Salida).
• Voltaje interno o voltaje de núcleo.

El consumo de energía de la CPU está ligado a su velocidad de proceso y a la actividad interna.

Arquitecturas de Procesadores: CISC y RISC

CISC (Complex Instruction Set Computer)

Su sistema de trabajo se basa en la microprogramación, una técnica que consiste en hacer que cada instrucción sea interpretada por un microprograma localizado en una sección de memoria del circuito integrado del microprocesador.

RISC (Reduced Instruction Set Computer)

Se basa en la idea de que la mayoría de las instrucciones para realizar procesos en el ordenador son relativamente simples. Por lo tanto, se minimiza el número de instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la CPU.

Ventajas e Inconvenientes de CISC y RISC

CISC: Ventajas

• Simplifica compiladores: Al implementar instrucciones máquina parecidas al lenguaje de alto nivel, se reduce el número de instrucciones máquina a ejecutar.
• Programas más pequeños (menos instrucciones) y rápidos.
• Permite reducir el coste total del sistema.
• Más software de uso general disponible.

CISC: Inconvenientes

• Instrucciones difíciles de aprovechar.
• Programas más pequeños en número de instrucciones no implica que contengan menos bits.
• Las CPU complejas, con un repertorio de instrucciones grandes, son lentas.

RISC: Ventajas

• Se descomponen solo las instrucciones menos frecuentes.
• Las instrucciones se ejecutan rápidamente (son simples).
• Fáciles de procesar (permiten procesamiento paralelo).
• Se consiguen computadoras eficientes que necesitan menos lógica para ejecutar instrucciones y son más baratas.

RISC: Inconvenientes

• Requieren compiladores más complejos.
• Más costosa en términos de circuitos (utiliza más circuitos para la misma funcionalidad).

Tecnologías de Fabricación y Rendimiento

Tecnología de Fabricación: 45 nm y 65 nm

Los transistores de 45 nm de tamaño son evidentemente más pequeños que los de 65 nm. Esto implica que producen menos calor y consumen menos electricidad. Al ser más pequeños, permiten un mayor número de ellos en el mismo espacio, lo que se traduce en un mejor rendimiento.

Las ventajas clave de las tecnologías de fabricación más pequeñas son:

1. Rendimiento: Mayor número de transistores en el mismo espacio.
2. Eficiencia: Menor consumo eléctrico y menor temperatura.
3. Nuevas tecnologías: Posibilidad de nuevos diseños, controladores integrados, nuevas instrucciones y capacidades.

TDP (Thermal Design Power)

El TDP representa la máxima cantidad de calor que necesita disipar el sistema de refrigeración de un ordenador para mantener la temperatura del procesador dentro de los límites seguros.

Hyper-Threading

Esta tecnología consiste en simular dos procesadores lógicos dentro de un único procesador físico, mejorando la utilización de los recursos de la CPU.

Tecnología Turbo Boost

Es la tecnología que permite ejecutar automáticamente el núcleo del procesador a una velocidad mayor que la frecuencia base marcada, cuando las condiciones térmicas y de energía lo permiten.

QPI (QuickPath Interconnect)

QPI es una conexión de punto a punto de alta velocidad utilizada para la comunicación entre el procesador y otros componentes, o entre múltiples procesadores en sistemas multiprocesador.