Las funciones principales de un procesador electrónico son tres: la introducción de la información, la elaboración, y la emisión de nueva información. Los datos para utilizar y las instrucciones necesarias para ejecutar automáticamente las variadas operaciones son leídas, en forma de tarjetas perforadas, por la unidad de entrada y transferidas a la memoria interna. De ahí, los datos pasan por los dispositivos aritméticos y lógicos, en donde la máquina realiza los cálculos y los procesos indicados por las instrucciones que se le dieron previamente. Los resultados son enviados a la unidad de salida, la cual se encarga de perforarlos sobre tarjetas o imprimirlos sobre papel. Mientras que en las máquinas de registro unitario todas estas funciones son separadas, con continuas intervenciones manuales y controles intermedios, en el procesador electrónico todas las operaciones y los controles son realizados automáticamente, desde la entrada de datos hasta la emisión de resultados.El funcionamiento del procesador es manejado por la unidad de control, la cual ¨entiende¨ el significado de las instrucciones impartidas, maneja su ejecución, controla la exactitud y regula el movimiento de los datos a través de las distintas partes de la máquina.
Un microprocesador es un circuito electrónico integrado que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo.
Están formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor. Su componente principal son los semiconductores, principalmente silicio y germanio. Pueden llegar a tener varias decenas de millones transistores, además de otros componentes electrónicos como diodos, resistencias, condensadores... ¡todo ello en varios milímetros cuadrados.
En un microprocesador se pueden distinguir varias secciones diferentes. La unidad aritmético-lógica, llamada "ALU" en inglés, es la responsable del cálculo con números y la de tomar las decisiones lógicas (dentro de ella destaca la FPU "Floating Point Unit" que se encarga solamente de las operaciones matemáticas). Desde hace unos años, se están incluyendo nuevas instrucciones para que los programas multimedia y de internet se ejecuten de una manera más rápida, estas son las MMX, SSE o SSE 2 de intel o las 3D now! de AMD. Algunos programas no se pueden ejecutar si nuestro procesador no las tiene, otros solo las utilizan si están disponibles.
La unidad de control decodifica los programas, los buses transportan la información digital. En los procesadores actuales, la velocidad del bus puede ir de 100 Mhz a 133 Mhz, aunque tanto intel como AMD utilizan sistemas para multiplicarlo, así el bus del Pentium 4 equivale a uno de 400 Mhz, pero realmente es 100 x 4. Otro factor importante es la memoria caché, donde se almacenan datos e instrucciones, dentro del procesadoR
Esto afecta en la velocidad de proceso, ya que cuanta más información almacene menos tiempo se perderá en las esperas mientras la recibe.
Mediante un cristal que oscila con el paso de la corriente eléctrica, se proporciona una señal de sincronización que coordina todas las actividades del microprocesador. Estos son los famosos Mhz de nuestro ordenador. Cuantos más Mhz más ciclos por unidad de tiempo hará el procesador, pero esto no significa que sea más potente, porque intervienen otros factores como la cantidad de operaciones que se hacen por ciclo.
La mayoría de los procesadores que utilizan los Pc´s son de Intel o AMD aunque existen otras como Via Technologies o Crusoe.
En realidad "procesador" es un término relativamente moderno, se refiere a lo que en los grandes ordenadores de antaño se conocía como UCP (Unidad Central de Proceso). Comenzó siendo del tamaño de un armario, posteriormente se redujo al de una gran caja, después se construyó en una placa de unas 15 x 15 pulgadas. Finalmente se construyó en un solo circuito integrado encapsulado en un "chip" que se inserta en un zócalo de la placa-base En los primeros tiempos de la informática personal, que podemos suponer se inicia con la introducción del PC ("Personal Computer") por IBM a mediados de 1981, el mercado de microprocesadores para el PC estaba copado por Intel, que arrancando con el 8088 un modesto procesador de 16 bits a 4.77 MHz de velocidad de reloj , ue sufriendo sucesivas mejoras; principalmente en lo que respecta a la velocidad (que en el 2001 ha alcanzado más de 1 GHz para equipos comerciales); capacidad de procesamiento en paralelo; capacidad de los registros; cache interna y facilidades hardware para multiprogramación. En la imágen adjunta sendas vistas, superior e inferior, de un procesador Intel 80386 de 16 MHz junto con el primitivo 8088.
IMPORTANTE PARA SABER
Nota: Por razones eminentemente comerciales, casi todos los modelos aparecieron en diversas versiones, que se diferenciaban en la frecuencia interna, tamaño de la caché, etc. (1) Se refiere al bus "externo", que utiliza el procesador para comunicar con el exterior. Internamente el procesador dispone de buses que son de 2 a 4 veces esta anchura. (2) Los valores indicados para las frecuencias externas son típicos de los modelos de la época (por tanto aproximados) (3) Los valores de frecuencia interna máxima son los correspondientes al momento de la aparición del modelo.
Es significativo señalar que todos son compatibles hacia atrás con sus predecesores, de forma que pueden ejecutar el código objeto escrito para el 8086, el primer ejemplar de esta prolífica saga aparecido en 1978 (no incluido en el cuadro)
FUNCIONALIDAD DE LOS PROCESADORES
1.Soporte para memoria virtual La introducción en 1982 del procesador Intel 80286 marcó un hito importante por varios motivos: Por primera vez el procesador podía acceder más rápidamente a sus propios registros que a la RAM más rápida existente; desde entonces esta ventaja no ha hecho sino aumentar en favor del procesador. Desde el punto de vista del software, el verdadero avance fue la implementación en el micro de un dispositivo que permitía el manejo de memoria virtual. Hasta entonces, el manejo de este tipo de memoria había que realizarlo a nivel del Sistema Operativo, pero el 286 permitía ya manejarlo de forma nativa mediante el procesador, con las consiguientes mejoras del rendimiento y l
2 INTRODUCCION DE PROCESADORES MATEMATICO INTEGRADO
Los procesadores del tipo 8086 solo podían realizar operaciones aritméticas con números enteros. Para los fraccionarios debían utilizar complicados artificios, por lo que desde el principio se crearon procesadores específicos para operaciones aritméticas con números fraccionarios.
Conocidos como coprocesadores de punto flotante o coprocesadores matemáticos, eran una opción instalable en un zócalo vacío preparado al efecto en la placa-base, enlazado mediante líneas especiales con el procesador principal. Estos procesadores aligeraban grandemente los cálculos en las aplicaciones que eran capaces de sacar partido de su existencia, y no solo realizaban operaciones de números fraccionarios (de coma flotante, también operaciones como raíz cuadrada, e implementanban funciones trascendentes como cálculo del seno, coseno, tangente, arcotangente, logaritmos y exponenciación.
3. Capacidad de procesar varias instrucciones en paralelo
La ejecución de cada instrucción ensamblador no se realiza en un solo ciclo de reloj. Cada instrucción puede contener varias microinstrucciones, de forma que en general el rendimiento del procesador no equivale a una instrucción en cada ciclo. Una forma de aumentar la eficiencia es procesar varias instrucciones en paralelo, de forma que, en la medida de lo posible, varias instrucciones se encuentran en diversas fases de ejecución simultanea de su microcódigo. Utilizando un número conveniente de estas vías de ejecución paralela se consiguen rendimientos que actualmente han excedido la relación 1:1, de forma que la arquitectura súper escalar el Pentium Pro proporciona rendimientos del orden de tres instrucciones por ciclo de reloj.
El primero en implementar esta arquitectura en el PC fue el 80386 de Intel, que incluye seis de estas vías de ejecución:
1. La unidad de interfaz del bus ("Bus Interface Unit") accede a memoria y a otros dispositivos de E/S.
2. La unidad de precarga de instrucciones ("Code Prefetch Unit") recibe objetos desde la unidad de bus y la sitúa en una cola de 16 bytes.
3. La unidad de decodificación de instrucciones ("Instruction Decode Unit") decodifica el código objeto recibido en la unidad de precarga y lo traduce a microcódigo.
4. La unidad de ejecución ("Execution Unit") ejecuta las instrucciones del microcódigo.
5. La unidad de segmento ("Segment Unit") traduce direcciones lógicas en direcciones absolutas, y realiza comprobaciones de protección.
6. La unidad de paginación ("Paging Unit") traduce las direcciones absolutas en direcciones físicas; realiza comprobaciones de protección de página, y dispone de una cache con información de las 32 últimas páginas accedidas.
4. Introducción de soporte para sistemas multiprocesador
Esta capacidad, originaria del mundo de los mainframe, se introdujo en el procesador Intel 80486, permitiendo así el desarrollo de auténticos sistemas multiproceso en la informática personal. Este procesador también incluyó por primera vez dispositivos de ahorro de energía, incluyendo que el procesador redujese su velocidad, o incluso suspendiese la ejecución manteniendo su estatus, de forma que pudiera ser reiniciado en el mismo punto de la "hibernación
5. Movilidad y conectividad
En el primer trimestra del 2003 Intel materializa bajo una sola denominación las tendencias más significativas del momento en el mundo de la computación: movilidad y conectividad (la palabra de moda es "Wireless"). A este efecto anuncia Centrino; más que un procesador es un compendio de tecnología móvil con el que el gigante del hardware se posiciona en el cada vez más importante segmento de los dispositivos móviles. Bajo estas siglas se integran un procesador Pentium M, la familia de chipset Intel 855 y las funciones de red inalámbrica del dispositivo Intel Pro/Wireless 2100 Network Connection para el estándar 802.11.
Tipos de procesadores.
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1. Los procesadores CISC (Complex Instruction Set Computer) tienen un repertorio con un número de instrucciones alto (200-300); estas instrucciones además son más complejas que las de RISC, con lo que la circuitería necesaria para decodificación y secuenciación también aumenta, y la velocidad del proceso disminuye. Como ventaja, tenemos que se necesitan menos instrucciones para ejecutar una tarea. Además, el formato de las instrucciones es bastante variable (es decir, hay bastantes formatos). Además, el diseño hace que el procesador tenga que realizar constantes accesos a memoria.
2.Los procesadores RISC (Reduced Instruction Set Computer) tienen características opuestas a los CISC. Su juego de instrucciones es más reducido (menos de 128), y las instrucciones son más sencillas (con lo que se necesitarán más instrucciones para ejecutar una tarea). El formato de instrucciones es fijo (o serán pocos formatos), con lo que el control del hardware es más sencillo y se facilita la colocación de las instrucciones en la memoria, lo que implica que los accesos a la memoria se aceleren. Por otra parte, estos accesos a memoria son menos frecuentes ya que el procesador posee un mayor número de registros. Estos procesadores son los que están presentes en las estaciones de trabajo. Como ejemplos podemos citar los procesadores ALPHA de Digital Equipment, y los SuperSPARC y MicroSPARC de Sun Microsystems y Texas Instruments
NOTAS IMPORTANTES
Relacionada con los conceptos RISC y CISC está la técnica de segmentación ("pipeline"); esta técnica consiste en dividir la ejecución de la instrucción en bloques independientes que se ejecutan en paralelo. Es más eficiente para los procesadores RISC, aunque también se implementa en CISC. Para incrementar el rendimiento del procesador se debe buscar instrucciones ejecutables en paralelo. El sistema de carga de instrucciones debe analizar la secuencia de instrucciones que entran al procesador y buscar instrucciones ejecutables en paralelo así como diseñar un control que tenga en cuenta posibles dependencias de datos entre las instrucciones a ejecutar en paralelo. Esto hace que el hardware empiece a complicarse .
> Otro tipo de procesadores emplean un conjunto de instrucciones diseñadas "ad hoc" para explotar el paralelismo del hardware que disponen en su interior, son los procesadores VLIW ( Very Long Instruction Word). Una instrucción VLIW es empaquetada en una palabra muy larga por el compilador, incluyendo varias (de 4 a 8) instrucciones elementales. Esta palabra larga se corresponde con el formato adecuado para controlar en paralelo todas las unidades funcionales. De tal manera que toda la instrucción larga equivale a 1-8 instrucciones elementales que se ejecutan simultáneamente. En este tipo de procesadores la complicación de buscar el paralelismo entre instrucciones y sus dependencias se pasan al compilador. El inconveniente es que el compilador se hace mas complejo.
Cuando trabajamos con circuitos electrónicos, se requiere una necesidad básica que es proveer de una fuente eléctrica para que funcione. Si esta toma de energía, el circuito no servirá de nada. El propósito principal de una fuente de alimentación, es hacer entrega de una o más tensiones eléctricas que pueden ser variables al circuito, con la suficiente capacidad para mantener las condiciones de operación ideales. Hay muchos tipos de fuentes de alimentación, y pueden ser de tamaño y formas variadas. Se puede decir que todos los dispositivos electrónicos que conocemos tienen uno de estos aparatos integrados, desde nuestro televisor, microondas, hasta el ordenador que tenemos en casa. Aunque cada fuente de alimentación tiene sus propias especificaciones y características individuales, todas ellas tienen ciertas cosas en común. Veremos las partes principales de las fuentes de alimentación y como funcionan todas juntas.
Una fuente de alimentación básica consiste en tres secciones básicas. Dependiendo de los requerimientos de cada dispositivo, las secciones pueden ser simples o extremadamente complejas. Cada parte sirve para un o más propósitos, y son los siguientes:
•Transformador – En general, la corriente continua presente en las tomas de electricidad de nuestras casa, no es la adecuada para los circuitos electrónicos. Muchos de ellos necesitan un voltaje bastante menor, mientras que otros requieren que sea mayor. El transformador sirve para convertir la tensión AC (corriente alterna), a un nivel de voltaje más apropiado para las necesidades del circuito. Al mismo tiempo, también provee de aislamiento eléctrico entre la línea AC y el circuito que está siendo alimentado, lo cual es una consideración de seguridad importante.
•Rectificador – El siguiente paso es forzar la corriente para que vaya en una dirección, previniendo alteraciones que ocurren en el transformador y la línea AC. Este proceso se conoce como rectificación, y el circuito que realiza la tarea es el rectificador. Hay configuraciones de rectificadores muy diferentes para ser usados en situaciones muy distintas, dependiendo de lo que requiera el circuito. La salida del rectificador en una voltaje DC (corriente continua), que todavía conserva algunas variaciones de la línea AC y el transformador.
Filtro – El voltaje DC del rectificador es generalmente no apropiado aun para dar carga al circuito. Es una tensión de pulsaciones que normalmente varían de cero voltios al pico de salida del transformador. Por ello, insertamos un circuito para almacenar energía durante cada pico de voltaje, y entonces liberarlo cuando ese pico vuelve a bajar. Este circuito se llama filtro, y su trabajo es reducir las pulsaciones del rectificador a un voltaje menor.
En cambio, en las fuentes ATX solo existe un conector para la placa base, todo de una pieza, y solo hay una manera de encajarlo, así que por eso no hay problema
FUENTES PRINCIPALES DE ALIMENTACION
Instalación de una fuente ATX Para instalar una fuente de alimentación ATX, necesitaremos un destornillador de punta de estrella.Empezaremos por ubicar la fuente en su sitio, asegurando que los agujeros de los tornillos, coinciden exactamente con los de la caja.Una vez hecho esto, procederemos a atornillar la fuente. Acto seguido, conectaremos la alimentación a la placa base con el conector anteriormente comentado, y realizaremos la misma tarea con el resto de los dispositivos instalados.Un punto a comentar, es que solo hay una manera posible para realizar el conexionado de alimentación a los dispositivos, sobretodo, NUNCA debemos forzar un dispositivo.Tras realizar todas las conexiones, las revisaremos, y procederemos a encender el equipo.
Consejos Cuidado con tocar el interruptor selector de voltaje que algunas fuentes llevan, este interruptor sirve para indicarle a la fuente si nuestra casa tiene corriente de 220v o 125v si elegimos la que no es tendremos problemas.Es conveniente, revisar de tanto en tanto, el estado del ventilador de la fuente, hay que pensar, que si no tenemos instalado en la parte posterior del equipo un ventilador adicional, es nuestra única salida de aire.Un ventilador de fuente defectuoso puede significar el final de tu equipo, elevando la temperatura del sistema por encima de la habitual y produciendo un fallo general del sistema.
Afinidad con el Procesador: Conjunto de procesadores en los que puede ejecutarse una hebra por defecto.
Algoritmo: En programación, porción de código del programa que resuelve o ejecuta funciones específicas para la resolución de un problema o un proceso.
Background: Normalmente solemos referirnos con esta palabra a toda tarea o trabajo que se realiza en segundo plano, es decir, algo que se está llevando a cabo con una prioridad baja. Suelen usarla los sistemas operativos multitarea (porque claro está, nunca se podrá estar realmente trabajando con dos programas al mismo tiempo); de esta forma otras tareas con una prioridad más alta utilizarán más recursos, etc.. Otro ejemplo de "background", es aquella parte de la memoria que se utiliza para programas auxiliares y demás que actúan como ayuda de una aplicación principal o base.
Base de Datos del Planificador: Conjunto de estructuras de datos que controla qué hebras están esperando ser ejecutadas y qué procesadores están ejecutando qué hebras.
Cambio de Contexto: Proceso de salvar el estado volátil asociado a una hebra y cargar el de una segunda hebra para comenzar su ejecución.
Concurrencia: Dos o más procesos se consideran concurrentes cuando se encuentran en estado activo en el mismo instante de tiempo, aunque esto no implica que su ejecución física sea simultánea.
CPU: Central Processing Unit. Unidad central de procesamiento. Es el dispositivo que contiene los circuitos lógicos que realizan las instrucciones de la computadora.
Demonio: Un demonio es un programa que funciona sin intervención humana, para cumplir una tarea determinada. Por ejemplo, lpd es un demonio que controla el flujo de los trabajos de impresión en una impresora.
Espera Activa: Se presenta cuando un proceso utiliza tiempo del procesador para chequear la existencia de un evento, este tiempo es desaprovechado y se podría utilizar para atender un tercer proceso.
Hebra: Camino de ejecución de un proceso. Usa parte de los datos del proceso y requiere todos los recursos asociados a éste. También es llamada Hilo o thread.
Interbloqueo: Situación que se presenta cuando dos o más procesos esperan por un evento que no va a ocurrir.
Monoprocesador: Computador con un solo procesador.
Multiprocesador: Computador con varios procesadores.
Multiproceso: Se refiere a los sistemas que permiten que existan varios procesos activos al mismo tiempo.
Multiprogramación: Se caracteriza por una multitud de programas activos simultáneamente que compiten por los recursos del sistema, tales como procesador, memoria y dispositivos de E/S.
Planificación Round Robin: (Reciclaje). En este método cada proceso tiene asignado un intervalo de tiempo de ejecución, llamado quantum. Si el proceso continua su ejecución al final de su quantum, otro proceso se apropia de la CPU. Si el proceso está bloqueado o ha terminado antes de consumir la totalidad de su quantum, se alterna el uso de la CPU (claro si el proceso se ha bloqueado). Cuando el quantum de un proceso se agota y no ha terminado su procesamiento, vuelve al estado activos, a competir de nuevo por el uso del procesador.
Planificación: Proceso cuyo objetivo principal es repartir el tiempo del procesador entre los procesos ejecutables y optimizar el comportamiento del sistema.
Procesador: Llamado también Microprocesador. Es el chip encargado de ejecutar las instrucciones y procesar los datos que son necesarios para todas las funciones de la computadora. Se puede decir que es el cerebro del computadora. El estandar del mercado es el fabricado por la empresa INTEL.
Proceso demonio (proceso background): Proceso que se ejecuta en la parte de atrás, en la trastienda. Por ejemplo el adminitrador de la memoria. Cuando los background son del sistema se denominan demonios.
Proceso Ligero: Threads.
Proceso: programa en ejecución.
Programa: Es esencialmente un archivo ejecutable que se coloca en memoria para que pueda el procesador ir tomando su código, y obedeciendo susinstrucciones.
Quantum: Porción de tiempo asignada a un proceso para la utilización del procesador.
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