Arquitectura del computador

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1. El procesador: funcionalidad, componentes, características

Procesador
Artículo Tabla de contenidos
Introducción
El procesador (CPU, por Central Processing Unit o Unidad Central de Procesamiento), es por decirlo de alguna manera, el cerebro delordenador. Permite el procesamiento de información numérica, es decir, información ingresada en formato binario, así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria.
El primer microprocesador (Intel 4004) se inventó en 1971. Era un dispositivo de cálculo de 4 bits, con una velocidad de 108 kHz. Desde entonces, la potencia de los microprocesadores ha aumentado de maneraexponencial. ¿Qué son exactamente esas pequeñas piezas de silicona que hacen funcionar un ordenador?

Funcionamiento
El procesador (denominado CPU, por Central Processing Unit) es un circuito electrónico que funciona a la velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a una corriente eléctrica, envía pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (también denominadaciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la placa madre.
Con cada pico de reloj, elprocesador ejecuta una acción que corresponde a su vez a una instrucción o bien a una parte de ella. La medida CPI (Cycles Per Instruction o Ciclos por Instrucción) representa el número promedio de ciclos de reloj necesarios para que el microprocesador ejecute una instrucción. En consecuencia, la potencia del microprocesador puede caracterizarse por el número de instrucciones por segundo que es capazde procesar. Los MIPS (millions of instructions per second o millones de instrucciones por segundo) son las unidades que se utilizan, y corresponden a la frecuencia del procesador dividida por el número de CPI.
Instrucciones
Una instrucción es una operación elemental que el procesador puede cumplir.. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por elprocesador. Las instrucciones poseen dos campos:
• el código de operación, que representa la acción que el procesador debe ejecutar;
• el código operando, que define los parámetros de la acción. El código operando depende a su vez de la operación. Puede tratarse tanto de información como de una dirección de memoria.

Código de Operación Campo de Operación

El número de bits en unainstrucción varía de acuerdo al tipo de información (entre 1 y 4 bytes de 8 bits).
Las instrucciones pueden agruparse en distintas categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes:
• Acceso a Memoria: acceso a la memoria o transferencia de información entre registros.
• Operaciones Aritméticas: operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación.
•Operaciones Lógicas: operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc.
• Control: controles de secuencia, conexiones condicionales, etc.
Registros
Cuando el procesador ejecuta instrucciones, la información almacena en forma temporal en pequeñas ubicaciones de memoria local de 8, 16, 32 o 64 bits, denominadas registros. Dependiendo del tipo de procesador, el número total de registrospuede variar de 10 a varios cientos.
Los registros más importantes son:
• El registro acumulador (ACC), que almacena los resultados de las operaciones aritméticas y lógicas;
• El registro de estado (PSW, Processor Estado: Word o Palabra de Estado del Procesador), que contiene los indicadores de estado del sistema (lleva dígitos, desbordamientos, etc.);
• El registro de instrucción...
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