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MICROPROCESADORES El microprocesador es uno de los componentes más importantes de un ordenador ya que se encarga de dirigir y controlar toda su actividad. Introducido por primera vez en la década de 1970, el microprocesador ha evolucionado significativamente, impulsando avances en diversas áreas de...

MICROPROCESADORES El microprocesador es uno de los componentes más importantes de un ordenador ya que se encarga de dirigir y controlar toda su actividad. Introducido por primera vez en la década de 1970, el microprocesador ha evolucionado significativamente, impulsando avances en diversas áreas de la tecnología, como computadoras personales, dispositivos móviles, impresoras o automóviles. 1. Microprocesador: Introducción y definición El microprocesador es un circuito integrado formado por millones de elementos electrónicos (la gran mayoría transistores), integrados en una placa de silicio u oblea que posteriormente se adhiere a una placa de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board). Una placa de circuito impreso es una superficie constituida por caminos, pistas o buses de material conductor, como el cobre, laminadas sobre una base no conductora. El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente a través de las pistas conductoras, y sostener mecánicamente, por medio de la base, un conjunto de componentes electrónicos. Una placa de silicio, oblea o wafer es una placa fina de un material semiconductor con la que construyen microcircuitos mediante técnicas de dopado (por ejemplo, difusión o implantación de iones), grabado químico y deposición de varios materiales. Las obleas tienen, de esta manera, una importancia clave en la fabricación de dispositivos semiconductores tales como los circuitos integrados o las células solares. El microprocesador tiene una serie de características relevantes:  Velocidad: número de ciclos de reloj que pueden darse en una unidad de tiempo. Se mide en diferentes unidades: MHz (MegaHercio), GHz (GigaHercio), MT/s (MegaTransfers / segundo)…  Ciclo de reloj: Un ciclo de reloj es una única oscilación de la señal de reloj, que es la señal electrónica periódica que sincroniza las operaciones del microprocesador. La velocidad del microprocesador, a menudo medida en Hz (hercios), indica cuántos ciclos de reloj puede completar por segundo. Cabe destacar que 1 Hz es igual a un ciclo por segundo. Por ejemplo, un microprocesador que funciona a 1 GHz (gigahercio) puede realizar mil millones de ciclos de reloj por segundo (1 GHz = 1000.000.000 Hz).  Longitud de palabra y bus de direcciones: cantidad máxima de información que se puede leer o escribir en un acceso a la memoria.  Puede ser de 16, 32 o 64 bits. Cuantos más bits tenga la longitud de palabra y el bus de direcciones, mayor será la cantidad de información que el procesador puede manejar en un solo acceso a la memoria.  Número de núcleos: un procesador puede estar constituido a su vez por varios microprocesadores, como veremos en el punto 3.2.  Tecnología en nanómetros (nm): se refiere al tamaño de los transistores en un microprocesador. Cuanto menor es el valor en nanómetros, más pequeños son los transistores, lo que permite colocar una mayor cantidad de ellos en el mismo espacio. Esto incrementa la densidad de transistores por unidad de superficie del chip. Por tanto, cuanto menor sea este valor , mayor será la capacidad de procesamiento del microprocesador.  Máxima potencia generada o TDP (Thermal Design Power): cantidad máxima de calor que generará el microprocesador. Se mide en vatios o watts y oscila entre los 20 y los 140 W. Un TDP más alto implica una mayor generación de calor. Comprueba tu aprendizaje Indica verdadero o falso: 1. 3 ciclos de reloj/s es lo mismo que 3 Hz. 2. 1.000 MHz es lo mismo que 1 GHz. 3. 10.000 Hz es lo mismo que 10 KHz. 4. 1 millón de Hz es lo mismo que 1 MHz. 5. Cuanto menor es el valor en nanómetros, mayor es la densidad de transistores por unidad de superficie. 6. Una mejor tecnología de fabricación aumenta el calor generado y necesita más disipadores. 7. Cuantos más bits tenga la longitud de palabra y el bus de direcciones, mayor será la cantidad de información que el procesador puede manejar en un solo acceso a la memoria. 8. Un TDP más alto implica una mayor generación de calor, lo que requiere sistemas de refrigeración más robustos. 2. Estructura: Descripción de las arquitecturas internas Para comprender la estructura interna de un microprocesador es fundamental estudiar los tipos de arquitectura. Una de las arquitecturas más destacadas es la arquitectura de Von Neumann, que almacena los programas y datos en la misma memoria, y otra es la arquitectura Harvard, que emplea buses separados para datos e instrucciones. Actualmente, la arquitectura Von Neumann sirve de base para la creación de las computadoras modernas y está compuesta básicamente por los elementos que se muestran en la figura 1. Figura 1. Arquitectura de Von Neumann John Von Neumann fue un matemático húngaro-estadounidense que hizo contribuciones muy relevantes en física cuántica, análisis funcional, teoría de conjuntos, teoría de juegos, ciencias de la computación, economía, análisis y muchas otras disciplinas. Es considerado uno de los matemáticos más importantes del siglo XX. La UCP (Unidad Central de Procesamiento) o CPU (Central Processing Unit) es la encargada de ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria principal. Aunque los componentes de una CPU varían según el modelo, podemos partir de la arquitectura Von Neumann para definir sus elementos principales:  Unidad de Control (UC) o Control Unit (CU): da «órdenes» al resto de componentes.  Unidad Aritmético-Lógica (UAL) o Arithmetic Logic Unit (ALU): realiza las operaciones aritmético-lógicas necesarias.  Unidad de Punto Flotante (UPF) o Floating-Point Unit (FPU): ejecuta cálculos complejos que la unidad aritmético-lógica no puede realizar. Hoy en día puede haber varias UAL y UPF en un microprocesador.  Unidad de gestión de memoria o Memory Management Unit (MMU): traduce las direcciones virtuales a direcciones físicas reales.  Registros: constituyen la memoria interna del procesador y son de alta velocidad y baja capacidad.  Memoria caché: memoria auxiliar que guarda la información que más se utiliza de la memoria principal. La memoria caché está dispuesta en varios niveles (L1, L2…) siendo el nivel L1 el más rápido y de menor capacidad.