Los principales dispositivos de la computadora "viven" en la unidad del sistema. Estos incluyen: placa base, procesador, tarjeta de video, RAM, disco duro. Pero fuera de él, normalmente sobre la mesa, también “viven” dispositivos informáticos no menos importantes. Tales como: monitor, mouse, teclado, parlantes, impresora.

En este artículo veremos, ¿En qué consiste la computadora? cómo son estos dispositivos, qué función realizan y dónde están ubicados.

Unidad del sistema.

En la primera categoría analizaremos aquellos dispositivos, o también llamados componentes, que están “ocultos” en la unidad del sistema. Son los más importantes para su trabajo. Por cierto, puedes mirar inmediatamente dentro de la unidad del sistema. No es difícil. Basta con desatornillar los dos tornillos en la parte posterior de la unidad del sistema y mover la tapa hacia un lado, y luego veremos una vista de los dispositivos más importantes de la computadora, que ahora consideraremos en orden.

Una placa base es una placa de circuito impreso que está diseñada para conectar los componentes principales de una computadora. Algunos de ellos, por ejemplo, un procesador o una tarjeta de video, se instalan directamente en la placa base en una ranura dedicada. Y la otra parte de los componentes, por ejemplo, un disco duro o una fuente de alimentación, se conecta a la placa base mediante cables especiales.

Un procesador es un microcircuito y al mismo tiempo el "cerebro" de una computadora. ¿Por qué? Porque él es el responsable de realizar todas las operaciones. Cuanto mejor sea el procesador, más rápido realizará estas mismas operaciones y, en consecuencia, la computadora funcionará más rápido. El procesador, por supuesto, afecta la velocidad de la computadora, e incluso en gran medida, pero la velocidad de la PC también dependerá de su disco duro, tarjeta de video y RAM. Por lo que el procesador más potente no garantiza una mayor velocidad del ordenador si el resto de componentes ya están desactualizados.

3. Tarjeta de vídeo.

Una tarjeta de video, o en su defecto una tarjeta gráfica, está diseñada para mostrar imágenes en la pantalla de un monitor. También se instala en la placa base, en un conector especial PSI-Express. Con menos frecuencia, se puede integrar una tarjeta de video en la propia placa base, pero su potencia generalmente solo es suficiente para aplicaciones de oficina y navegar por Internet.

La RAM es una tira rectangular, similar a un cartucho de consolas de juegos antiguas. Está destinado al almacenamiento temporal de datos. Por ejemplo, almacena el portapapeles. Copiamos algo de texto en el sitio e inmediatamente entró en la RAM. La información sobre los programas en ejecución, el modo de suspensión de la computadora y otros datos temporales se almacenan en la RAM. Una característica especial de la RAM es que sus datos se eliminan por completo después de apagar la computadora.

Un disco duro, a diferencia de la RAM, está diseñado para el almacenamiento de archivos a largo plazo. También se le llama disco duro. Almacena datos en placas especiales. Las unidades SSD también se han generalizado últimamente.

Entre sus características se incluye una alta velocidad de funcionamiento, pero existe una desventaja inmediata: son caros. Un disco SSD de 64 GB le costará el mismo precio que un disco duro de 750 GB. ¿Te imaginas cuánto costará un SSD de varios cientos de gigabytes? ¡Whoa Whoa! Pero no te enfades, puedes comprar una unidad SSD de 64 GB y utilizarla como unidad del sistema, es decir, instalar Windows en ella. Dicen que la velocidad del trabajo aumenta varias veces. El sistema se inicia muy rápidamente, los programas vuelan. Planeo actualizar a un SSD y almacenar archivos normales en un disco duro tradicional.

Se necesita una unidad de disco para trabajar con discos. Aunque se usa con mucha menos frecuencia, no hace daño en las computadoras de escritorio. Como mínimo, la unidad de disco será útil para instalar el sistema.

6. Sistemas de refrigeración.

El sistema de refrigeración consta de ventiladores que enfrían los componentes. Normalmente se instalan tres o más refrigeradores. Asegúrese de tener uno en el procesador, otro en la tarjeta de video y otro en la fuente de alimentación, y luego según lo desee. Si algo está caliente es recomendable enfriarlo. Los ventiladores también se instalan en los discos duros y en la propia carcasa. Si el refrigerador de la carcasa está instalado en el panel frontal, elimina el calor y los refrigeradores instalados en el compartimento trasero suministran aire frío al sistema.

La tarjeta de sonido emite sonido a los altavoces. Suele estar integrado en la placa base. Pero sucede que o se rompe y por eso se compra por separado, o inicialmente el propietario de la PC no está satisfecho con la calidad del estándar y compra otro sistema de sonido. En general, una tarjeta de sonido también tiene derecho a estar en esta lista de dispositivos de PC.

Se necesita una fuente de alimentación para que funcionen todos los dispositivos informáticos descritos anteriormente. Proporciona a todos los componentes la cantidad de electricidad necesaria.

8. cuerpo

Y para colocar en algún lugar la placa base, el procesador, la tarjeta de video, la RAM, el disco duro, la disquetera, la tarjeta de sonido, la fuente de alimentación y posiblemente algunos componentes adicionales, necesitamos un estuche. Allí todo esto se instala, se atornilla, se conecta cuidadosamente y comienza la vida diaria, desde el encendido hasta el apagado. La temperatura requerida se mantiene en el estuche y todo está protegido contra daños.

Como resultado, obtenemos una unidad de sistema completa, con todos los dispositivos informáticos más importantes que se necesitan para su funcionamiento.

Periféricos.

Bueno, para comenzar a trabajar completamente en la computadora y no mirar la unidad del sistema "zumbido", necesitaremos dispositivos periféricos. Estos incluyen aquellos componentes de la computadora que están fuera de la unidad del sistema.

Naturalmente se necesita un monitor para ver con qué estamos trabajando. La tarjeta de video suministra la imagen al monitor. Se conectan entre sí mediante un cable VGA o HDMI.

El teclado está diseñado para ingresar información, bueno, por supuesto, qué tipo de trabajo hay sin un teclado completo. Para escribir texto, jugar, navegar por Internet y en todas partes necesitas un teclado.

3. Ratón.

Se necesita el mouse para controlar el cursor en la pantalla. Muévalo en diferentes direcciones, haga clic, abra archivos y carpetas, llame a varias funciones y mucho más. Al igual que sin teclado, no se puede vivir sin ratón.

4. Altavoces.

Los parlantes se necesitan principalmente para escuchar música, ver películas y jugar. Quién más utiliza hoy en día los altavoces más que los usuarios comunes y corrientes los reproduce a diario en estas tareas.

Se necesitan una impresora y un escáner para imprimir y escanear documentos y todo lo necesario en el campo de la impresión. O MFP, dispositivo multifuncional. Será útil para todos aquellos que imprimen, escanean, hacen fotocopias y realizan muchas otras tareas con frecuencia con este dispositivo.

En este artículo sólo hemos repasado brevemente los principales dispositivos informáticos, y en otros, enlaces a los que ve a continuación, consideraremos en detalle todos los dispositivos periféricos más populares, así como los componentes que forman parte de la unidad del sistema, es decir, los componentes.

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Casi todo el mundo sabe que en una computadora, el elemento principal entre todos los componentes "hardware" es el procesador central. Pero el círculo de personas que entienden cómo funciona un procesador es muy limitado. La mayoría de los usuarios no tienen idea de esto. E incluso cuando el sistema de repente comienza a ralentizarse, muchos creen que es el procesador el que no funciona bien y no le dan importancia a otros factores. Para comprender completamente la situación, veamos algunos aspectos del funcionamiento de la CPU.

¿Qué es una unidad central de procesamiento?

¿En qué consiste el procesador?

Si hablamos de cómo funciona un procesador Intel o su competidor AMD, hay que fijarse en cómo están diseñados estos chips. El primer microprocesador (por cierto, era de Intel, modelo 4040) apareció en 1971. Sólo podía realizar las operaciones de suma y resta más simples procesando sólo 4 bits de información, es decir, tenía una arquitectura de 4 bits.

Los procesadores modernos, como los primogénitos, se basan en transistores y son mucho más rápidos. Se fabrican mediante fotolitografía a partir de un cierto número de obleas de silicio individuales que forman un cristal único en el que se imprimen los transistores. El circuito se crea en un acelerador especial que utiliza iones de boro acelerados. En la estructura interna de los procesadores, los componentes principales son núcleos, buses y partículas funcionales llamadas revisiones.

Características principales

Como cualquier otro dispositivo, el procesador se caracteriza por ciertos parámetros que no se pueden ignorar al responder a la pregunta de cómo funciona el procesador. Primero que nada esto:

• Numero de nucleos;
• Número de hilos;
• tamaño de caché (memoria interna);
• frecuencia de reloj;
• velocidad de los neumáticos.

Por ahora, centrémonos en la frecuencia del reloj. No en vano se llama al procesador el corazón de la computadora. Al igual que el corazón, funciona en modo de pulsación con un determinado número de latidos por segundo. La frecuencia del reloj se mide en MHz o GHz. Cuanto más alto sea, más operaciones podrá realizar el dispositivo.

Puede averiguar a qué frecuencia funciona el procesador en sus características declaradas o consultar la información en Pero durante el procesamiento de comandos, la frecuencia puede cambiar y durante el overclocking (overlocking) puede aumentar hasta límites extremos. Por tanto, el valor declarado es sólo un indicador medio.

La cantidad de núcleos es un indicador que determina la cantidad de centros de procesamiento del procesador (no debe confundirse con subprocesos; la cantidad de núcleos y subprocesos puede no ser la misma). Gracias a esta distribución, es posible redirigir operaciones a otros núcleos, aumentando así el rendimiento general.

Cómo funciona un procesador: procesamiento de comandos

Ahora un poco sobre la estructura de los comandos ejecutables. Si observa cómo funciona un procesador, debe comprender claramente que cualquier comando tiene dos componentes: uno operativo y otro de operando.

La parte operativa especifica lo que debe hacer el sistema informático en ese momento; el operando especifica en qué debería estar trabajando el procesador. Además, el núcleo del procesador puede contener dos centros informáticos (contenedores, subprocesos), que dividen la ejecución de un comando en varias etapas:

• producción;
• descifrado;
• ejecución de comandos;
• acceder a la memoria del propio procesador
• guardando el resultado.

Hoy en día, el almacenamiento en caché separado se utiliza mediante el uso de dos niveles de memoria caché, lo que evita la interceptación por parte de dos o más comandos del acceso a uno de los bloques de memoria.

Según el tipo de procesamiento de comandos, los procesadores se dividen en lineales (ejecución de comandos en el orden en que se escriben), cíclicos y ramificados (ejecución de instrucciones después de procesar las condiciones de bifurcación).

Operaciones realizadas

Entre las principales funciones asignadas al procesador, en cuanto a los comandos o instrucciones ejecutadas, se distinguen tres tareas principales:

• operaciones matemáticas basadas en un dispositivo aritmético-lógico;
• mover datos (información) de un tipo de memoria a otro;
• tomar una decisión sobre la ejecución de un comando y, en base a ello, elegir pasar a la ejecución de otros conjuntos de comandos.

Interacción con la memoria (ROM y RAM)

En este proceso, los componentes a tener en cuenta son el bus y el canal de lectura-escritura, que están conectados a los dispositivos de almacenamiento. La ROM contiene un conjunto constante de bytes. Primero, el bus de direcciones solicita un byte específico de la ROM, luego lo transfiere al bus de datos, después de lo cual el canal de lectura cambia su estado y la ROM proporciona el byte solicitado.

Pero los procesadores no sólo pueden leer datos de la RAM, sino también escribirlos. En este caso, se utiliza el canal de grabación. Pero, si nos fijamos, en general, las computadoras modernas, puramente teóricamente, podrían funcionar sin RAM, ya que los microcontroladores modernos pueden colocar los bytes de datos necesarios directamente en la memoria del propio chip del procesador. Pero no hay forma de prescindir de la ROM.

Entre otras cosas, el sistema se inicia desde el modo de prueba de hardware (comandos BIOS) y solo entonces el control se transfiere al sistema operativo que se está cargando.

¿Cómo comprobar si el procesador está funcionando?

Ahora veamos algunos aspectos de la verificación del rendimiento del procesador. Debe quedar claro que si el procesador no funcionara, la computadora no podría comenzar a cargar en absoluto.

Otra cuestión es cuando es necesario observar el indicador del uso de las capacidades del procesador en un momento determinado. Esto se puede hacer desde el "Administrador de tareas" estándar (frente a cualquier proceso se indica cuánto porcentaje de la carga del procesador proporciona). Para determinar visualmente este parámetro, puede utilizar la pestaña de rendimiento, donde se realiza un seguimiento de los cambios en tiempo real. Los parámetros avanzados se pueden ver utilizando programas especiales, por ejemplo, CPU-Z.

Además, puede utilizar varios núcleos de procesador mediante (msconfig) y parámetros de arranque adicionales.

Posibles problemas

Finalmente, unas palabras sobre los problemas. Muchos usuarios suelen preguntar, ¿por qué el procesador funciona, pero el monitor no se enciende? Esta situación no tiene nada que ver con el procesador central. El hecho es que cuando enciende cualquier computadora, primero se prueba el adaptador de gráficos y solo luego todo lo demás. Quizás el problema radique precisamente en el procesador del chip gráfico (todos los aceleradores de vídeo modernos tienen sus propios procesadores gráficos).

Pero tomando como ejemplo el funcionamiento del cuerpo humano, es necesario comprender que en caso de paro cardíaco, todo el cuerpo muere. Lo mismo con las computadoras. El procesador no funciona: todo el sistema informático "muere".

El procesador es la parte principal de cualquier dispositivo informático. Pero muchos usuarios no comprenden muy bien qué es un procesador en una computadora y qué función realiza. Aunque en el mundo moderno esta es información importante, saberla puede evitar muchos conceptos erróneos graves. Si desea obtener más información sobre el chip que alimenta su computadora, ha venido al lugar correcto. En este artículo aprenderás para qué sirve un procesador y cómo afecta al rendimiento de todo el dispositivo.

¿Qué es una unidad central de procesamiento?

En este caso hablamos del procesador central. Después de todo, la computadora tiene otros, por ejemplo, un procesador de video.

La unidad central de procesamiento es la parte principal de la computadora, que es una unidad electrónica o circuito integrado. Ejecuta instrucciones de máquina o código de programa y es el hardware central del dispositivo.

En pocas palabras, es el corazón y el cerebro de la computadora. Es gracias a él que todo lo demás funciona, procesa los flujos de datos y gestiona el funcionamiento de todas las partes del sistema general.

Si miras el procesador físicamente, es una placa de circuito cuadrada, pequeña y delgada. Es de tamaño pequeño y está cubierto con una tapa de metal en la parte superior.

La parte inferior del chip está ocupada por contactos a través de los cuales el chipset interactúa con el resto del sistema. Al abrir la tapa de la unidad del sistema de su computadora, podrá encontrar fácilmente el procesador, a menos que esté cubierto por el sistema de enfriamiento.

Hasta que la CPU emita el comando apropiado, la computadora no podrá realizar ni siquiera la operación más simple, por ejemplo, sumar dos números. Independientemente de lo que quieras hacer en tu PC, cada acción implica acceder al procesador. Por eso es un componente tan importante de una computadora.

Los procesadores centrales modernos no solo son capaces de hacer frente a sus tareas principales, sino que también pueden reemplazar parcialmente una tarjeta de video. Se producen nuevos chips con un espacio separado para realizar funciones de controlador de video.

Este controlador de video realiza todas las acciones básicas necesarias que se necesitan desde una tarjeta de video. En este caso, la RAM se utiliza como memoria de vídeo. Pero no se equivoque al pensar que un procesador moderno y potente puede reemplazar completamente una tarjeta de video.

Incluso la clase media de tarjetas de vídeo deja muy atrás al controlador de vídeo de los procesadores. Por lo tanto, una opción de computadora sin tarjeta de video solo es adecuada para dispositivos de oficina que no requieren realizar tareas complejas relacionadas con los gráficos.

En tales casos, realmente existe la oportunidad de ahorrar dinero. Después de todo, puedes simplemente tener un chipset de procesador con un buen controlador de video y no gastar dinero en una tarjeta de video.

Cómo funciona el procesador

Parece que hemos descubierto qué es un procesador. pero como funciona? Es un proceso largo y complicado, pero una vez que lo dominas, es bastante fácil. El principio de funcionamiento del procesador central se puede considerar por etapas.

Primero, el programa se carga en la RAM, de donde obtiene toda la información necesaria y un conjunto de comandos que debe ejecutar la unidad de control del procesador. Todos estos datos pasan luego a la memoria intermedia, la llamada caché del procesador.

La información sale del búfer, que se divide en dos tipos: instrucciones y valores. Ambos terminan en registros. Los registros son celdas de memoria integradas en el chipset. También los hay de dos tipos, según el tipo de información que reciben: registros de instrucciones y registros de datos.

Uno de los componentes de la CPU es una unidad aritmético-lógica. Se trata de realizar transformaciones de información mediante cálculos aritméticos y lógicos.

Aquí es donde van los datos de los registros. Después de esto, la unidad aritmético-lógica lee los datos entrantes y ejecuta los comandos necesarios para procesar los números resultantes.

Aquí nos enfrentamos nuevamente a una división. Los resultados finales se dividen en completados e inacabados. Vuelven a los registros y los completados van a la memoria intermedia.

La caché del procesador consta de dos niveles principales: superior e inferior. Los comandos y datos más recientes se envían a la caché superior y los que no están en uso van a la caché inferior.

Es decir, toda la información ubicada en el tercer nivel pasa al segundo, desde donde, a su vez, los datos pasan al primero. Por el contrario, los datos innecesarios se envían al nivel inferior.

Una vez completado el ciclo computacional, sus resultados se registran nuevamente en la RAM de la computadora. Esto ocurre para garantizar que la memoria caché de la CPU esté libre y disponible para nuevas operaciones.

Pero a veces hay situaciones en las que la memoria intermedia está completamente llena y no hay espacio para nuevas operaciones. En este caso, los datos que no están actualmente en uso van a la RAM o al nivel inferior de memoria del procesador.

Tipos de procesadores

Habiendo entendido el principio de funcionamiento de la CPU, es hora de comparar sus diferentes tipos. Hay muchos tipos de procesador. Hay tanto modelos débiles de un solo núcleo como dispositivos potentes con múltiples núcleos. Los hay que están destinados exclusivamente al trabajo de oficina, y los hay que son necesarios para los juegos más modernos.

Actualmente, hay dos creadores principales de procesadores: AMD e Intel. Son ellos quienes producen los chips más actuales y demandados. Debe comprender que la diferencia entre los chips de estas dos empresas no está en la cantidad de núcleos ni en el rendimiento general, sino en la arquitectura.

Es decir, los productos de estas dos empresas se construyen según principios diferentes. Y cada creador tiene su propio tipo de procesador, que tiene una estructura diferente a la de su competidor.

Cabe señalar que ambas opciones tienen sus fortalezas y debilidades. Por ejemplo, Intel se diferencia en lo siguiente pros :

• Menos consumo de energía;
• La mayoría de los creadores de hardware se centran específicamente en la interacción con los procesadores Intel;
• El rendimiento de los juegos es mayor;
• Intel interactúa más fácilmente con la RAM de la computadora;
• Las operaciones que requieren un solo programa se realizan más rápido en Intel.

Al mismo tiempo, también existen los suyos propios. menos :

• Normalmente, los chipsets Intel son más caros que sus homólogos AMD;
• Cuando se trabaja con varios programas pesados, el rendimiento disminuye;
• Los núcleos gráficos son más débiles que los de la competencia.

AMD se diferencia de la siguiente manera ventajas:

• Mucho mejor relación calidad-precio;
• Capaz de garantizar un funcionamiento confiable de todo el sistema;
• Es posible overclockear el procesador aumentando su potencia entre un 10 y un 20%;
• Núcleos gráficos integrados más potentes.

Sin embargo, AMD es inferior en los siguientes parámetros:

• La interacción con la RAM es peor;
• Se gasta más energía en el funcionamiento del procesador;
• La frecuencia de funcionamiento en el segundo y tercer nivel de la memoria intermedia es menor;
• El rendimiento de los juegos es menor.

Aunque existen pros y contras, las empresas siguen produciendo los mejores procesadores. Sólo tienes que elegir cuál es preferible para ti. Después de todo, es imposible decir de manera inequívoca que una empresa es mejor que otra.

Características principales

Entonces, ya hemos descubierto que una de las principales características de un procesador es su desarrollador. Pero hay una serie de parámetros a los que se debe prestar aún más atención al comprar.

No nos alejemos demasiado de la marca y mencionemos que existen diferentes series de chips. Cada fabricante produce sus propias líneas en diferentes categorías de precios, creadas para diferentes tareas. Otro parámetro relacionado es la arquitectura de la CPU. De hecho, estos son sus órganos internos, de los que depende todo el funcionamiento del chip.

No es el parámetro más obvio, pero sí muy importante, el socket. El caso es que en el propio procesador el zócalo debe coincidir con el zócalo correspondiente de la placa base.

De lo contrario, no podrá combinar estos dos componentes críticos de ninguna computadora. Entonces, al ensamblar una unidad del sistema, debe comprar una placa base y buscar un chipset para ella, o viceversa.

Ahora es el momento de descubrir qué características del procesador afectan su rendimiento. Sin duda, el principal es la velocidad del reloj. Este es el volumen de operaciones que se pueden realizar en una determinada unidad de tiempo.

Este indicador se mide en megahercios. Entonces, ¿a qué afecta la velocidad del reloj del chip? Dado que indica el número de operaciones en un tiempo determinado, no es difícil adivinar que la velocidad del dispositivo depende de ello.

Otro indicador importante es la cantidad de memoria intermedia. Como se mencionó anteriormente, puede ser superior e inferior. También afecta el rendimiento del procesador.

Una CPU puede tener uno o más núcleos. Los modelos multinúcleo son más caros. ¿Pero en qué afecta el número de núcleos? Esta característica determina la potencia del dispositivo. Cuantos más núcleos, más potente será el dispositivo.

Conclusión

El procesador central desempeña no sólo uno de los papeles más importantes, sino incluso uno de los más importantes en el funcionamiento de un ordenador. De ello dependerá el rendimiento de todo el dispositivo, así como las tareas para las que generalmente se puede utilizar.

Pero esto no significa que sea necesario comprar el procesador más potente para una computadora promedio. Elija el modelo óptimo que satisfaga sus necesidades.

El procesador es el chip principal de la computadora. Normalmente, también es uno de los componentes de PC más caros y de alta tecnología. A pesar de que el procesador es un dispositivo independiente, en su estructura tiene una gran cantidad de componentes que son responsables de una función específica. ¿Cuáles son sus detalles?

Procesador: funciones e historial del dispositivo

El componente del PC, que ahora se conoce comúnmente como procesador central, se caracteriza por una historia de origen bastante interesante. Por tanto, para comprender sus particularidades, será útil examinar algunos hechos clave sobre la evolución de su desarrollo. El dispositivo que los usuarios modernos conocen como unidad central de procesamiento es el resultado de muchos años de mejora en las tecnologías de producción de chips informáticos.

Con el tiempo, la visión de los ingenieros sobre la estructura del procesador cambió. En las computadoras de primera y segunda generación, los componentes correspondientes consistían en una gran cantidad de bloques separados, muy diferentes en las tareas que resolvían. A partir de la tercera generación de ordenadores, las funciones del procesador empezaron a considerarse en un contexto más restringido. Los ingenieros de diseño informático determinaron que esto debería consistir en reconocer e interpretar los comandos de la máquina, introduciéndolos en registros, así como controlar otros componentes del hardware de la PC. Todas estas funciones comenzaron a combinarse en un solo dispositivo.

Microprocesadores

A medida que se desarrolló la tecnología informática, se comenzaron a introducir en la estructura de la PC dispositivos llamados “microprocesadores”. Uno de los primeros dispositivos de este tipo fue el Intel 4004, lanzado por una corporación estadounidense en 1971. Los microprocesadores a escala de un solo chip combinan en su estructura las funciones que definimos anteriormente. Los dispositivos modernos, en principio, funcionan según el mismo concepto. Así, el procesador central de una computadora portátil, PC, tableta contiene en su estructura: un dispositivo lógico, registros, así como un módulo de control responsable de funciones específicas. Sin embargo, en la práctica, los componentes de los microcircuitos modernos suelen presentarse en un conjunto más complejo. Estudiemos esta característica con más detalle.

Estructura de los procesadores modernos.

El procesador central de una PC, computadora portátil o tableta moderna está representado por un núcleo; ahora se considera normal que haya varios, memoria caché en varios niveles, así como controladores: RAM, bus del sistema. El rendimiento de un tipo de chip determinado está determinado por sus características clave. ¿En qué totalidad se pueden presentar?

Las características más significativas del procesador central en las PC modernas son las siguientes: el tipo de microarquitectura (generalmente indicada en nanómetros), la velocidad del reloj (en gigahercios), la cantidad de memoria caché en cada nivel (en megabytes), el consumo de energía (en vatios), y la presencia o ausencia de módulo gráfico.

Estudiemos con más detalle los detalles del funcionamiento de algunos módulos clave del procesador central. Empecemos por el núcleo.

Núcleo de la CPU

El procesador central de una PC moderna siempre tiene un núcleo. Contiene los bloques funcionales clave del microcircuito, a través de los cuales realiza las funciones lógicas y aritméticas necesarias. Como regla general, se presentan en algún conjunto de elementos. Así, el diseño de un procesador central suele implicar la presencia de bloques que se encargan de resolver las siguientes tareas:

Búsqueda y decodificación de instrucciones;

Muestreo de datos;

Seguir instrucciones;

Guardar los resultados del cálculo;

Trabajar con interrupciones.

Además, la estructura de los microcircuitos del tipo correspondiente se complementa con una unidad de control, un dispositivo de almacenamiento, un contador de programa y un conjunto de registros. Consideremos con más detalle los detalles del funcionamiento de los componentes correspondientes.

Núcleo del procesador: componentes

Entre los bloques clave del núcleo del procesador central se encuentra el que se encarga de leer las instrucciones que están escritas en la dirección registrada en el contador del programa. Como regla general, durante un ciclo de reloj se realizan varias operaciones del tipo correspondiente a la vez. El número total de instrucciones a leer está predeterminado por el indicador en los bloques de decodificación. El principio fundamental aquí es que en cada ciclo de reloj los componentes marcados se cargan tanto como sea posible. Para garantizar el cumplimiento de este criterio, pueden estar presentes elementos de hardware auxiliares en la estructura del procesador.

El bloque decodificador procesa instrucciones que determinan el algoritmo para el funcionamiento del microcircuito para resolver ciertos problemas. Asegurar su funcionamiento es una tarea difícil, como creen muchos especialistas en TI. Esto se debe, en parte, al hecho de que la duración de la instrucción no siempre está claramente definida. Los procesadores modernos suelen incluir 2 o 4 bloques en los que se realiza la correspondiente decodificación.

En cuanto a los componentes responsables de la recuperación de datos, su tarea principal es asegurar la recepción de comandos de la memoria caché o RAM, que son necesarios para asegurar la ejecución de las instrucciones. Los núcleos de los procesadores modernos suelen contener varios bloques del tipo correspondiente.

Los componentes de control presentes en el chip también se basan en instrucciones decodificadas. Están diseñados para controlar el trabajo de los bloques que son responsables de ejecutar instrucciones, así como distribuir tareas entre ellos y monitorear su implementación oportuna. Los componentes de control pertenecen a la categoría de los más importantes en la estructura de los microprocesadores.

Los núcleos de los microcircuitos del tipo correspondiente también contienen bloques responsables de la correcta ejecución de las instrucciones. Su estructura contiene elementos como una unidad aritmética y lógica, así como un componente responsable de los cálculos en coma flotante.

Hay bloques en los núcleos del procesador que controlan el procesamiento de conjuntos de extensiones que se instalan para recibir instrucciones. Estos algoritmos, que complementan los comandos básicos, se utilizan para aumentar la intensidad del procesamiento de datos y realizar procedimientos de cifrado o descifrado de archivos. Resolver tales problemas requiere introducir registros adicionales, así como conjuntos de instrucciones, en la estructura del núcleo del microcircuito. Los procesadores modernos generalmente incluyen las siguientes extensiones: MMX (diseñado para codificar archivos de audio y video), SSE (usado para computación paralela), ATA (usado para acelerar programas y reducir el consumo de energía de la PC), 3DNow (que amplía las capacidades multimedia de una computadora ), AES (cifrado de datos), así como muchos otros estándares.

La estructura de los núcleos del procesador también suele contener bloques encargados de almacenar los resultados en la RAM de acuerdo con la dirección contenida en las instrucciones.

Un componente importante del kernel es el que controla la operación de interrupción del chip. Esta función permite al procesador garantizar la estabilidad de los programas durante la multitarea.

El trabajo del procesador central también implica el uso de registros. Estos componentes son análogos a la RAM, pero el acceso a ellos es varias veces más rápido. El volumen del recurso correspondiente es pequeño; por regla general, no supera el kilobyte. Los registros se clasifican en varios tipos. Estos pueden ser componentes de uso general que se utilizan al realizar cálculos aritméticos o lógicos. Existen registros de propósito especial que pueden incluir datos del sistema utilizados por el procesador durante la operación.

La estructura del núcleo del procesador también contiene varios componentes auxiliares. ¿Cuál por ejemplo? Este podría ser un sensor que monitorea cuál es la temperatura actual de la CPU. Si su rendimiento es superior a los estándares establecidos, entonces el microcircuito puede enviar una señal a los módulos responsables del funcionamiento de los ventiladores y comenzarán a girar más rápido. Hay un predictor de transición en la estructura del núcleo, un componente diseñado para determinar qué comandos se ejecutarán después de completar ciertos ciclos de operaciones realizadas por el chip. Un ejemplo de otro componente importante es el contador de programas. Este módulo registra la dirección del algoritmo correspondiente, que se transmite al microcircuito en el momento en que comienza a ejecutar un ciclo particular.

Esta es la estructura del núcleo que forma parte del procesador central de la computadora. Estudiemos ahora con más detalle algunas de las características clave de los microcircuitos del tipo correspondiente. A saber: proceso técnico, frecuencia de reloj, memoria caché y consumo de energía.

Características del procesador: tipo de proceso

El desarrollo de la tecnología informática suele estar asociado con la aparición de nuevas generaciones de computadoras a medida que mejoran las tecnologías informáticas. Al mismo tiempo, sin contar los indicadores de rendimiento, uno de los criterios para atribuir una computadora a una determinada generación puede ser su tamaño absoluto. Las primeras computadoras tenían un tamaño comparable al de un edificio de varios pisos. Los ordenadores de segunda generación eran comparables en tamaño, por ejemplo, a un sofá o un piano. Las computadoras del siguiente nivel ya estaban muy cerca de las que ahora nos son familiares. A su vez, las PC modernas son computadoras de cuarta generación.

En realidad, ¿para qué sirve todo esto? El caso es que durante la evolución de las computadoras se formó una regla no oficial: cuanto más avanzado tecnológicamente es un dispositivo, menores son sus dimensiones con el mismo rendimiento, o incluso mayor. Esto se aplica plenamente a las características del procesador central considerado, es decir, al proceso técnico de su fabricación. En este caso, importa la distancia entre los cristales de silicio individuales que forman la estructura del microcircuito. Cuanto más pequeño es, mayor es la densidad de los elementos correspondientes que la placa del procesador central coloca sobre sí misma. En consecuencia, puede considerarse más productivo. Los procesadores modernos se fabrican utilizando la tecnología de proceso de 90-14 nm. Este indicador tiende a disminuir gradualmente.

Frecuencia de reloj

La velocidad del reloj del procesador central es uno de los indicadores clave de su rendimiento. Determina cuántas operaciones por segundo puede realizar el chip. Cuantos más, más productivo será el procesador y la computadora en su conjunto. Cabe señalar que este parámetro caracteriza, en primer lugar, al núcleo como un módulo independiente del procesador central. Es decir, si hay varios componentes correspondientes en el chip, cada uno de ellos funcionará a una frecuencia distinta. Algunos especialistas en TI consideran aceptable resumir estas características para todos los núcleos. ¿Qué significa? Si, por ejemplo, el procesador tiene 4 núcleos con una frecuencia de 1 GHz, entonces el rendimiento total de la PC, si sigue este método, será de 4 GHz.

Componentes de frecuencia

El indicador considerado está formado por dos componentes. En primer lugar, esta es la frecuencia del bus del sistema; normalmente se mide en cientos de megahercios. En segundo lugar, este es el coeficiente por el cual se multiplica el indicador correspondiente. En algunos casos, los fabricantes de procesadores ofrecen a los usuarios la posibilidad de ajustar ambos parámetros. Al mismo tiempo, si establece valores suficientemente altos para el bus del sistema y el multiplicador, puede aumentar significativamente el rendimiento del microcircuito. Así es como se overclockea el procesador. Es cierto que debe usarse con cuidado.

El hecho es que el overclocking puede aumentar significativamente la temperatura del procesador central. Si la PC no tiene instalado un sistema de enfriamiento adecuado, esto puede provocar una falla del chip.

Tamaño del caché

Los procesadores modernos están equipados con módulos de memoria caché. Su objetivo principal es almacenar temporalmente datos, generalmente representados por un conjunto de comandos y algoritmos especiales, aquellos que se utilizan con mayor frecuencia en el funcionamiento del microcircuito. ¿Qué significa esto en la práctica? En primer lugar, la carga de la CPU se puede reducir debido al hecho de que esos mismos comandos y algoritmos estarán disponibles en línea. El microcircuito, habiendo recibido instrucciones preparadas de la memoria caché, no pierde tiempo en desarrollarlas desde cero. Como resultado, la computadora funciona más rápido.

La principal característica de la memoria caché es su tamaño. Cuanto más grande es, más espacioso es este módulo, en consecuencia, en términos de ubicación de las instrucciones y algoritmos utilizados por el procesador. Lo más probable es que el microcircuito siempre encuentre entre ellos los que necesita y funcione más rápido. La memoria caché de los procesadores modernos suele dividirse en tres niveles. El primero funciona sobre la base de los microcircuitos más rápidos y de alta tecnología, el resto son más lentos. El volumen de caché de primer nivel en los procesadores modernos es de aproximadamente 128-256 KB, el del segundo nivel, de 1 a 8 MB y el del tercero, puede superar los 20 MB.

Consumo de energía

Otro parámetro importante del microcircuito es el consumo de energía. Alimentar la CPU puede requerir un consumo de energía significativo. Los modelos de microcircuitos modernos consumen entre 40 y 50 W. En algunos casos, este parámetro tiene importancia económica, por ejemplo, cuando se trata de equipar a grandes empresas con varios cientos o miles de ordenadores. Pero un factor igualmente importante es el consumo de energía en términos de adaptación de procesadores para su uso en dispositivos móviles: portátiles, tabletas, teléfonos inteligentes. Cuanto más bajo sea el indicador correspondiente, mayor será la duración de la batería del dispositivo.

Hablamos del modelo Intel 4004. No era potente y sólo podía realizar operaciones de suma y resta. Sólo podía procesar cuatro bits de información a la vez (es decir, era de 4 bits). Pero para su época su aparición fue un acontecimiento significativo. Después de todo, todo el procesador cabe en un solo chip. Antes del Intel 4004, las computadoras se basaban en un conjunto completo de chips o componentes discretos (transistores). El microprocesador 4004 formó la base de una de las primeras calculadoras portátiles.

El primer microprocesador para computadoras domésticas fue el Intel 8080, presentado en 1974. Toda la potencia de procesamiento de una computadora de 8 bits estaba contenida en un solo chip. Pero de gran importancia fue el anuncio del procesador Intel 8088. Apareció en 1979 y a partir de 1981 comenzó a utilizarse en los primeros ordenadores personales producidos en serie, los IBM PC.

Luego los procesadores comenzaron a desarrollarse y volverse más potentes. Cualquiera que esté al menos un poco familiarizado con la historia de la industria de los microprocesadores recuerda que el 8088 fue reemplazado por el 80286. Luego vino el 80386, seguido del 80486. Luego hubo varias generaciones de Pentium: Pentium, Pentium II, III y Pentium 4. Todos estos procesadores Intel basados ​​en el diseño básico 8088. Eran compatibles con versiones anteriores. Esto significa que el Pentium 4 podía procesar cualquier fragmento de código para el 8088, pero lo hacía a unas cinco mil veces más velocidad. No han pasado muchos años desde entonces, pero han cambiado varias generaciones más de microprocesadores.

Desde 2004, Intel comenzó a ofrecer procesadores multinúcleo. El número de transistores utilizados en ellos ha aumentado en millones. Pero incluso ahora el procesador obedece las reglas generales que se crearon para los primeros chips. La tabla refleja la historia de los microprocesadores Intel hasta 2004 (inclusive). Haremos algunas explicaciones sobre qué significan los indicadores reflejados en él:

• Nombre. Modelo de procesador
• Fecha. El año en que se presentó por primera vez el procesador. Muchos procesadores se introdujeron varias veces, cada vez que se incrementó su velocidad de reloj. Así, la próxima modificación del chip podría volver a anunciarse incluso varios años después de que apareciera su primera versión en el mercado.
• Transistores (Número de transistores). La cantidad de transistores en el chip. Se puede ver que esta cifra ha ido aumentando constantemente.
• Micrones (Ancho en micrones). Una micra equivale a una millonésima parte de un metro. El valor de este indicador está determinado por el grosor del cable más delgado del chip. A modo de comparación, el grosor de un cabello humano es de 100 micras.
• Velocidad de reloj. Velocidad máxima del procesador
• Ancho de datos. “Capacidad de bits” de la unidad aritmético-lógica (ALU) del procesador. Una ALU de 8 bits puede sumar, restar, multiplicar y realizar otras operaciones en dos números de 8 bits. Una ALU de 32 bits puede manejar números de 32 bits. Para sumar dos números de 32 bits, una ALU de ocho bits necesita ejecutar cuatro instrucciones. Una ALU de 32 bits puede realizar esta tarea en una sola instrucción. En muchos casos (pero no en todos), el ancho del bus de datos externo coincide con el "recuento de bits" de la ALU. El procesador 8088 tenía una ALU de 16 bits, pero un bus de 8 bits. Para los Pentium posteriores, una situación típica era cuando el bus ya era de 64 bits, pero la ALU seguía siendo de 32 bits.
• MIPS (millones de instrucciones por segundo). Le permite estimar aproximadamente el rendimiento del procesador. Los modernos realizan tantas tareas diferentes que este indicador ha perdido su significado original y se puede utilizar principalmente para comparar la potencia informática de varios procesadores (como en esta tabla)

Existe una relación directa entre la velocidad del reloj, así como la cantidad de transistores y la cantidad de operaciones realizadas por el procesador por segundo. Por ejemplo, la velocidad del procesador 8088 alcanzó los 5 MHz y el rendimiento: sólo 0,33 millones de operaciones por segundo. Es decir, se necesitaron unos 15 ciclos de procesador para ejecutar una instrucción. En 2004, los procesadores ya podían ejecutar dos instrucciones por ciclo de reloj. Esta mejora se logró aumentando la cantidad de procesadores en el chip.

El chip también se llama circuito integrado (o simplemente circuito integrado). En la mayoría de los casos, se trata de una pequeña y delgada oblea de silicio en la que se “imprimen” los transistores. El chip, cuyo lado alcanza los dos centímetros y medio, puede contener decenas de millones de transistores. Los procesadores más simples pueden ser cuadrados con un lado de sólo unos pocos milímetros. Y este tamaño es suficiente para varios miles de transistores.

Lógica del microprocesador

Para comprender cómo funciona un microprocesador es necesario estudiar la lógica en la que se basa, así como familiarizarse con el lenguaje ensamblador. Este es el idioma nativo del microprocesador.

El microprocesador es capaz de ejecutar un conjunto específico de instrucciones de máquina (comandos). Operando con estos comandos, el procesador realiza tres tareas principales:

• Utilizando su unidad aritmético-lógica, el procesador realiza operaciones matemáticas: suma, resta, multiplicación y división. Los microprocesadores modernos admiten totalmente operaciones de punto flotante (utilizando un procesador aritmético de punto flotante dedicado)
• El microprocesador es capaz de mover datos de un tipo de memoria a otro.
• El microprocesador tiene la capacidad de tomar una decisión y, en función de la decisión que toma, “saltar”, es decir, pasar a ejecutar un nuevo conjunto de instrucciones.

El microprocesador contiene:

• Dirección de autobús. El ancho de este bus puede ser de 8, 16 o 32 bits. Ella se dedica a enviar la dirección a la memoria.
• Bus de datos: 8, 16, 32 o 64 bits de ancho. Este bus puede enviar datos a la memoria o recibir datos de la memoria. Cuando hablan de la “capacidad en bits” de un procesador, hablamos del ancho del bus de datos
• Canales RD (lectura) y WR (escritura) que proporcionan interacción con la memoria.
• Línea de reloj (bus de pulsos de reloj), que proporciona ciclos de reloj del procesador
• Línea de reinicio (bus de borrado, bus de reinicio), que reinicia el contador del programa y reinicia la ejecución de instrucciones

Dado que la información es bastante compleja, asumiremos que el ancho de ambos buses (el de direcciones y el de datos) es de sólo 8 bits. Echemos un vistazo rápido a los componentes de este microprocesador relativamente simple:

• Los registros A, B y C son chips lógicos utilizados para el almacenamiento de datos intermedio.
• El pestillo de dirección es similar a los registros A, B y C
• El contador de programa es un chip lógico (latch) capaz de incrementar un valor en uno en un solo paso (si recibe el comando correspondiente) y poner a cero el valor (sujeto a recibir el comando correspondiente).
• Una ALU (unidad aritmética lógica) puede realizar operaciones de suma, resta, multiplicación y división entre números de 8 bits o actuar como un sumador normal.
• El registro de prueba es un pestillo especial que almacena los resultados de las operaciones de comparación realizadas por la ALU. Normalmente, la ALU compara dos números y determina si son iguales o si uno es mayor que el otro. El registro de prueba también es capaz de almacenar el bit de acarreo de la última acción del sumador. Almacena estos valores en un circuito flip-flop. Estos valores pueden ser utilizados posteriormente por el decodificador de comandos para tomar decisiones.
• Seis bloques en el diagrama están etiquetados como "3 estados". Estos son buffers de clasificación. Se pueden conectar varias fuentes de salida a un cable, pero el búfer de clasificación permite que solo una de ellas (a la vez) transmita un valor: "0" o "1". Por lo tanto, el búfer de clasificación puede omitir valores o bloquear la fuente de salida para que no transmita datos.
• El registro de instrucciones y el decodificador de instrucciones mantienen todos los componentes anteriores bajo control.

Este diagrama no muestra las líneas de control del decodificador de comandos, que se pueden expresar en forma de las siguientes “órdenes”:

• "El registro A acepta el valor que viene actualmente del bus de datos"
• "El registro B acepta el valor que viene actualmente del bus de datos"
• "El registro C acepta el valor que proviene actualmente de la unidad lógica aritmética"
• "El registro del contador del programa toma el valor que viene actualmente del bus de datos"
• "Registro de dirección para aceptar el valor que viene actualmente del bus de datos"
• "El registro de comando acepta el valor que viene actualmente del bus de datos"
• “Aumentar el valor del contador del programa [en uno]”
• “El contador de comandos se pondrá a cero”
• "Activar uno de los seis buffers de clasificación" (seis líneas de control separadas)
• "Dígale a la unidad aritmética lógica qué operación debe realizar".
• "El registro de prueba acepta bits de prueba de ALU"
• “Activar RD (canal de lectura)”
• “Activar WR (canal de grabación)”

El decodificador de comandos recibe bits de datos del registro de prueba, del canal de sincronización y también del registro de comandos. Si simplificamos al máximo la descripción de las tareas del decodificador de instrucciones, entonces podemos decir que es este módulo el que "le dice" al procesador lo que debe hacerse en este momento.

Memoria del microprocesador

La familiaridad con la información relacionada con la memoria de la computadora y su jerarquía le ayudará a comprender mejor el contenido de esta sección.

Arriba escribimos sobre buses (dirección y datos), así como canales de lectura (RD) y escritura (WR). Estos buses y canales están conectados a la memoria: memoria de acceso aleatorio (RAM) y memoria de solo lectura (ROM). En nuestro ejemplo, consideramos un microprocesador cuyo ancho de cada bus es de 8 bits. Esto significa que es capaz de direccionar 256 bytes (dos elevado a la octava potencia). Puede leer o escribir 8 bits de datos de la memoria a la vez. Supongamos que este microprocesador simple tiene 128 bytes de ROM (comenzando en la dirección 0) o 128 bytes de RAM (comenzando en la dirección 128).

Un módulo de memoria de sólo lectura contiene un conjunto persistente de bytes preestablecido específico. El bus de direcciones solicita que un byte específico de la ROM se transfiera al bus de datos. Cuando el canal de lectura (RD) cambia de estado, el módulo ROM suministra el byte solicitado al bus de datos. Es decir, en este caso sólo es posible leer datos.

El procesador no sólo puede leer información de la RAM, sino que también puede escribir datos en ella. Dependiendo de si se está realizando lectura o escritura, la señal ingresa al canal de lectura (RD) o al canal de escritura (WR). Desafortunadamente, la RAM es volátil. Cuando se apaga, pierde todos los datos almacenados en él. Por este motivo, una computadora necesita un dispositivo de almacenamiento no volátil de sólo lectura.

Además, en teoría, una computadora puede prescindir de RAM. Muchos microcontroladores permiten colocar los bytes de datos necesarios directamente en el chip del procesador. Pero es imposible prescindir de la ROM. En las computadoras personales, la ROM se denomina sistema básico de entrada y salida (BIOS, Sistema Básico de Entrada/Salida). Al iniciarse, el microprocesador comienza su trabajo ejecutando los comandos que encuentra en la BIOS.

Los comandos del BIOS realizan pruebas en el hardware de la computadora y luego acceden al disco duro y seleccionan el sector de arranque. Este sector de arranque es un pequeño programa separado que el BIOS primero lee del disco y luego lo coloca en la RAM. Después de esto, el microprocesador comienza a ejecutar comandos desde el sector de arranque ubicado en la RAM. El programa del sector de arranque le dice al microprocesador qué datos (destinados a la ejecución posterior por parte del procesador) deben moverse adicionalmente del disco duro a la RAM. Así es como el procesador carga el sistema operativo.

Instrucciones del microprocesador

Incluso el microprocesador más simple es capaz de procesar un conjunto bastante grande de instrucciones. Un conjunto de instrucciones es una especie de plantilla. Cada una de estas instrucciones cargadas en el registro de comando tiene su propio significado. No es fácil para las personas recordar la secuencia de bits, por lo que cada instrucción se describe como una palabra corta, cada una de las cuales representa un comando específico. Estas palabras forman el lenguaje ensamblador del procesador. El ensamblador traduce estas palabras a un lenguaje de código binario que el procesador puede entender.

Aquí hay una lista de palabras de comando en lenguaje ensamblador para un procesador simple convencional, que estamos considerando como ejemplo para nuestra historia:

• LOADA mem: carga el registro A desde alguna dirección de memoria
• LOADB mem: carga el registro B desde alguna dirección de memoria
• CONB con: carga un valor constante en el registro B
• SAVEB mem: guarda el valor del registro B en la memoria en una dirección específica
• SAVEC mem: guarda el valor del registro C en la memoria en una dirección específica
• ADD — Suma (agrega) los valores de los registros A y B. Almacena el resultado de la acción en el registro C
• SUB: resta el valor del registro B del valor del registro A. Almacena el resultado de la acción en el registro C.
• MUL: multiplica los valores de los registros A y B. Almacena el resultado de la acción en el registro C.
• DIV: divide el valor del registro A por el valor del registro B. Almacena el resultado de la acción en el registro C
• COM: compare los valores de los registros A y B. Transfiera el resultado al registro de prueba
• Dirección JUMP: salta a la dirección especificada
• Dirección JEQ: si se cumple la condición de igualdad de los valores de dos registros, salte a la dirección especificada
• Dirección JNEQ: si no se cumple la condición para valores iguales de dos registros, salte a la dirección especificada
• JG addr: si el valor es mayor, salte a la dirección especificada
• Dirección JGE: si el valor es mayor o igual, salte a la dirección especificada
• JL addr: si el valor es menor, salte a la dirección especificada
• JLE addr: si el valor es menor o igual, salte a la dirección especificada
• DETENER - Detener la ejecución

Las palabras en inglés que denotan las acciones realizadas se encuentran entre paréntesis por una razón. Entonces podemos ver que el lenguaje ensamblador (como muchos otros lenguajes de programación) se basa en el inglés, es decir, en el medio de comunicación habitual de aquellas personas que crearon tecnologías digitales.

Operación del microprocesador usando el ejemplo de cálculo factorial.

Consideremos el funcionamiento de un microprocesador usando un ejemplo específico de ejecución de un programa simple que calcula el factorial del número “5”. Primero, resolvamos este problema “en un cuaderno”:

factorial de 5 = 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

En el lenguaje de programación C, este fragmento de código que realiza este cálculo tendría este aspecto:

A=1;f=1;mientras (a

Cuando finalice este programa, la variable f contendrá el valor del factorial de cinco.

El compilador de C traduce (es decir, traduce) este código a un conjunto de instrucciones en lenguaje ensamblador. En el procesador que estamos considerando, la RAM comienza en la dirección 128 y la memoria permanente (que contiene lenguaje ensamblador) comienza en la dirección 0. Por lo tanto, en el lenguaje de este procesador, este programa se verá así:

// Supongamos que a está en la dirección 128 // Supongamos que F está en la dirección 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // si a > 5 el salto a 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f=f*a;9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a=a+1;13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // bucle de regreso a if17 STOP

Ahora surge la siguiente pregunta: ¿cómo se ven todos estos comandos en la memoria permanente? Cada una de estas instrucciones debe representarse como un número binario. Para simplificar la comprensión del material, asumiremos que cada uno de los comandos en lenguaje ensamblador del procesador que estamos considerando tiene un número único:

• CARGA - 1
• CARGAR B - 2
• CONB - 3
• GUARDAR - 4
• GUARDAR memoria - 5
• AÑADIR - 6
• SUB - 7
• MUL - 8
• DIV-9
• COM-10
• Dirección de SALTO - 11
• Dirección JEQ - 12
• Dirección JNEQ - 13
• Dirección JG - 14
• Dirección JGE - 15
• Dirección JL - 16
• Dirección JLE - 17
• PARAR - 18

// Supongamos que a está en la dirección 128 // Supongamos que F está en la dirección 129Addr instrucción de máquina/valor0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1289 12810 3 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 // LOADA 12823 128 24 3 // CONB 125 126 6 // AGREGAR27 5 // GUARDAR 12828 12829 11 // SALTAR 430 831 18 // DETENER

Como notarás, siete líneas de código C se han convertido en 18 líneas de lenguaje ensamblador. Ocuparon 32 bytes en ROM.

Descodificación

La conversación sobre la decodificación deberá comenzar con una consideración de cuestiones filológicas. Lamentablemente, no todos los términos informáticos tienen correspondencia uno a uno en ruso. La traducción de la terminología a menudo se produce de forma espontánea y, por lo tanto, un mismo término en inglés se puede traducir al ruso de varias formas. Esto es lo que sucedió con el componente más importante del “decodificador de instrucciones” lógico del microprocesador. Los expertos en informática lo llaman tanto decodificador de comandos como decodificador de instrucciones. Ninguna de estas opciones de nombres puede considerarse más o menos "correcta" que la otra.

Se necesita un decodificador de instrucciones para traducir cada código de máquina en un conjunto de señales que controlan los distintos componentes del microprocesador. Si simplificamos la esencia de sus acciones, entonces podemos decir que él es quien coordina “software” y “hardware”.

Veamos el funcionamiento del decodificador de comandos usando el ejemplo de la instrucción ADD, que realiza una acción de suma:

• Durante el primer ciclo de reloj del procesador, se carga la instrucción. En este punto, el decodificador de comandos necesita: activar el búfer de clasificación para el contador del programa; activar el canal de lectura (RD); activar el pestillo del búfer de clasificación para pasar datos de entrada al registro de instrucciones
• Durante el segundo ciclo de reloj del procesador, se decodifica la instrucción ADD. En esta etapa, la unidad aritmético lógica realiza la suma y transfiere el valor al registro C
• Durante el tercer ciclo de la frecuencia del reloj del procesador, el contador del programa aumenta su valor en uno (teóricamente, esta acción se superpone con lo que sucedió durante el segundo ciclo)

Cada instrucción se puede representar como un conjunto de operaciones ejecutadas secuencialmente que manipulan los componentes del microprocesador en un orden determinado. Es decir, las instrucciones del software conducen a cambios completamente físicos: por ejemplo, cambiar la posición de un pestillo. Algunas instrucciones pueden requerir dos o tres ciclos de reloj del procesador para ejecutarse. Otros pueden requerir incluso cinco o seis ciclos.

Microprocesadores: rendimiento y tendencias

La cantidad de transistores en un procesador es un factor importante que afecta su rendimiento. Como se mostró anteriormente, el procesador 8088 requirió 15 ciclos de reloj para ejecutar una instrucción. Y para realizar una operación de 16 bits, se necesitaron unos 80 ciclos. Así se diseñó el multiplicador ALU de este procesador. Cuantos más transistores y más potente sea el multiplicador ALU, más podrá hacer el procesador en un ciclo de reloj.

Muchos transistores admiten la tecnología de canalización. En el marco de una arquitectura de canalización, las instrucciones ejecutables se superponen parcialmente entre sí. Una instrucción puede requerir los mismos cinco ciclos para ejecutarse, pero si el procesador procesa simultáneamente cinco instrucciones (en diferentes etapas de finalización), entonces, en promedio, se requerirá un ciclo de reloj del procesador para ejecutar una instrucción.

Muchos procesadores modernos tienen más de un decodificador de comandos. Y cada uno de ellos apoya la canalización. Esto permite ejecutar más de una instrucción en un ciclo de procesador. Implementar esta tecnología requiere una cantidad increíble de transistores.

Procesadores de 64 bits

Aunque los procesadores de 64 bits se generalizaron hace sólo unos años, existen desde hace relativamente mucho tiempo: desde 1992. Tanto Intel como AMD ofrecen actualmente este tipo de procesadores. Se puede considerar que un procesador de 64 bits es aquel que tiene una unidad lógica aritmética (ALU) de 64 bits, registros de 64 bits y buses de 64 bits.

La razón principal por la que los procesadores necesitan 64 bits es porque la arquitectura expande el espacio de direcciones. Los procesadores de 32 bits sólo pueden acceder a dos o cuatro gigabytes de RAM. Alguna vez estos números parecieron gigantescos, pero han pasado los años y hoy un recuerdo así ya no sorprenderá a nadie. Hace unos años, la memoria de una computadora típica era de 256 o 512 megabytes. En aquellos días, el límite de cuatro gigabytes sólo molestaba a los servidores y máquinas que ejecutaban grandes bases de datos.

Pero rápidamente resultó que incluso los usuarios comunes y corrientes a veces carecen de dos o incluso cuatro gigabytes de RAM. Esta molesta limitación no se aplica a los procesadores de 64 bits. El espacio de direcciones disponible para ellos hoy en día parece infinito: dos bytes elevados al sesenta y cuatro, o algo así como mil millones de gigabytes. Una memoria RAM tan gigantesca no se espera en un futuro previsible.

El bus de direcciones de 64 bits, así como los buses de datos amplios y de alta velocidad de las placas base correspondientes, permiten a las computadoras de 64 bits aumentar la velocidad de entrada y salida de datos al interactuar con dispositivos como el disco duro y la tarjeta de video. Estas nuevas características aumentan significativamente el rendimiento de las computadoras modernas.

Pero no todos los usuarios experimentarán los beneficios de la arquitectura de 64 bits. Es necesario, en primer lugar, para quienes editan vídeos y fotografías, y también trabajan con varias imágenes de gran tamaño. Los amantes de los juegos de ordenador aprecian los ordenadores de 64 bits. Pero aquellos usuarios que simplemente usan una computadora para comunicarse en las redes sociales, navegar por la web y editar archivos de texto probablemente simplemente no sentirán ninguna ventaja de estos procesadores.

Basado en materiales de computer.howstuffworks.com