¿Qué es un Microprocesador? ¿Cuáles son las partes de un Microprocesador? ¿Cómo funciona? Estas y otras preguntas serán respondidas en el siguiente post. Incluso te daremos una comparación entre un Microprocesador y un Microcontrolador, dos términos que muchos confunden.
Puedes sentir la importancia de esta pieza de hardware cuando se trata de las tareas que deseas realizar. Con cada nueva versión de CPU, las computadoras portátiles se vuelven más rápidas, más potentes y más eficientes.
Generalmente, cuanto más rápido sea el microprocesador, más rápida será tu computadora.
¿Qué Es Un Microprocesador?
El microprocesador es el único componente de una computadora responsable de manejar todas las instrucciones del hardware y el software. También se le conoce como chip lógico, unidad central de procesamiento (CPU) o simplemente, procesador.
El Microprocesador es el corazón del sistema informático, o de un servidor, o computadora portátil. Es una pequeña unidad de cálculo que se fabrica en un solo chip. El microprocesador es el circuito integrado digital controlado por reloj que se construye usando tecnología VLSI.
Acepta la entrada en forma binaria, las procesa según la instrucción almacenada en la memoria y realiza la operación lógica aritmética y lógica digital secuencial. Los componentes utilizados en la construcción del chip son transistores, registros, diodos, etc., que trabajan juntos para realizar la operación asignada.
También podemos decir que el microprocesador es una especie de unidad de circuito integrado (IC) que combina todas las funciones básicas de una unidad central de procesamiento (CPU) de la computadora.
Es una unidad programable que se fabrica en el chip de silicio y consta de una unidad ALU, reloj y unidad de control, y matriz de registro que acepta la entrada en forma binaria (0 y 1) y entrega la salida después de procesar los datos de entrada según las instrucciones obtenidas en la unidad de memoria.
Los bloques de construcción básicos de este procesador son una ALU, una matriz de registros y la unidad de procesamiento de control principal.
La función de la unidad lógica aritmética (ALU) es realizar las operaciones matemáticas y lógicas basadas en los datos extraídos de las unidades de entrada o del dispositivo de memoria.
La matriz de registros es una combinación de registro y acumulador. La unidad de control maneja el procesamiento general y el flujo de datos en la computadora.
¿Cuáles Son Las Partes De Un Microprocesador?
Las 4 partes principales de un microprocesador son las siguientes:
- La ALU, Unidad Lógica Aritmética.
- La CU, Unidad de Control.
- La Unidad de Memoria.
- Los Transistores.
La Unidad Lógica Aritmética (ALU)
La unidad aritmética lógica (ALU) realiza operaciones matemáticas, lógicas y de decisión. Es la unidad responsable de la suma, resta, multiplicación y división).
También cumple funciones de unidad lógica, encargada de comparar, seleccionar, emparejar y fusionar diferentes datos o información. La potencia y la eficiencia de la CPU dependen del diseño de la ALU.
La Unidad de Control (CU)
La siguiente es la unidad de control (CU), que dirige todas las operaciones del procesador. Es donde la CPU lee e interpreta las solicitudes de la memoria y las transforma en una serie de señales binarias.
Luego envía la operación a varias partes de la computadora según las instrucciones. La CU llama a la ALU para realizar los cálculos necesarios. También coordina todos los dispositivos de entrada / salida para transferir o recibir instrucciones.
La Unidad de Memoria
El trabajo principal de la unidad de memoria es almacenar datos o instrucciones y resultados intermedios. Se divide en memoria primaria y memoria secundaria, para suministrar datos a otras unidades de la CPU.
Permite que la CPU realice funciones solicitadas por programas como el sistema operativo, sin tener que pedir RAM.
Los Transistores
Otro elemento del microprocesador que no se muestra en los diagramas es el transistor. Estos interruptores microscópicos almacenan información binaria (unos y ceros) para realizar cálculos.
Controlan el flujo de electricidad dependiendo de si el interruptor está encendido o apagado. Las señales se apagan y encienden diferentes combinaciones de transistores para realizar cálculos. Un chip de silicio muy delgado puede contener varios cientos de millones de transistores.
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Terminologías Utilizadas
Veamos algunos términos de uso común cuando hablamos de microprocesadores.
Bus
El bus es una combinación de conductores propuesta para la transmisión de datos que contienen información de dirección y control a varios elementos en ella. Los Microprocesadores constan de tres tipos de buses: un bus de datos, un bus de control y un bus de direcciones.
- El bus de datos es bidireccional y lleva hacia y desde la memoria.
- El bus de direcciones es el bus unidireccional que lleva la dirección del puerto de entrada o salida desde la CPU hacia la memoria o el puerto de E / S.
- El bus de control transporta la señal de reloj, la señal de interrupción y la señal de listo y son bidireccionales y denotan el estado del proceso.
Conjunto de instrucciones
El conjunto de instrucciones es un conjunto de comandos dados por este procesador para que pueda entender lo que se le indica que haga. Por lo tanto, actúa como una interfaz entre el software y la parte de hardware de este procesador.
Un ejemplo de un conjunto de instrucciones es que la instrucción puede ordenar al procesador que realice la operación OR entre el registro A y el registro B para procesar alguna unidad de datos de entrada.
Longitud de palabra
La longitud de palabra se define como algunos bits en el bus de datos interno que un procesador puede procesar en una instancia de tiempo. Por ejemplo, el procesador de 16 bits tendrá un bus de datos de 16 bits, un registro de 16 bits y realizará un procesamiento de 16 bits en una instancia de tiempo.
Esta sería su longitud de palabra.
Memoria Caché
La Memoria caché es un tipo de RAM que se fabrica en el procesador. También se denomina memoria de la CPU y se utiliza para acceder a los datos de la memoria más rápidamente que la otra unidad de memoria.
La memoria caché almacena el conjunto de instrucciones que se utiliza con más frecuencia para realizar el tipo de tareas repetitivas. Por lo tanto, mejora la velocidad general de la operación.
Velocidad del reloj
Para controlar la velocidad a la que el procesador ejecuta las instrucciones, se utiliza una señal de reloj. El reloj también sincroniza todos los componentes utilizados en este procesador. La velocidad del reloj se evalúa en hercios, megahercios (MHz) o gigahercios (GHz).
Decodificador de instrucciones
Es el que decodifica las instrucciones recibidas del registro de instrucciones y las convierte al lenguaje máquina, y luego las envía a la unidad ALU para su procesamiento.
Unidad ALU
ALU es la Unidad Lógica Aritmética. Es la que realiza todas las operaciones lógicas, matemáticas, de registro y de memoria.
Registro
El Registro mantiene el valor intermedio para la salida del programa durante el procesamiento y luego lo compara con el registro de prueba antes de generar la salida final.
Potencia de diseño térmico
TDP es otro término con el que seguro te encontrarás. A diferencia de los microprocesadores de escritorio, los procesadores móviles deben lograr un equilibrio entre el rendimiento y el consumo de energía.
TDP mide la potencia máxima que consume un microprocesador en Watts. Es una métrica importante para determinar qué tan fría se mantendrá su computadora portátil durante un uso intenso.
¿Cómo Funciona Un Microprocesador?
Esto se puede llamar un motor de cálculo que se fabrica en un solo chip y es el corazón del sistema informático. El lenguaje nativo que entiende este procesador es el lenguaje ensamblador y ejecuta el conjunto de instrucciones de la máquina que le dice al procesador qué función necesita realizar.
Según estas instrucciones, realiza las siguientes acciones:
Al usar las unidades aritméticas o lógicas, realiza operaciones matemáticas como suma, resta, multiplicación y división. Los últimos procesadores basados en tecnología tienen unidades ALU modernas que pueden realizar operaciones lógicas complejas incluso para números flotantes de dígitos grandes.
Tiene ambos tipos de memoria RAM y ROM. ROM significa memoria de solo lectura. La ROM se programa con los bytes preestablecidos y el bus de direcciones le indica al chip de la ROM qué byte tomar y colocar en el bus de datos para el proceso posterior.
La ROM también se conoce como BIOS (sistema básico de entrada / salida) y cuando la PC arranca, se iniciará con la configuración guardada en la memoria del BIOS.
A través de las instrucciones de la BIOS, la computadora buscará el disco duro para buscar el sector de arranque. Después de aprender las instrucciones del disco duro, la computadora almacena los datos del sector de arranque en la RAM.
RAM significa la memoria de acceso aleatorio y puede leer o escribir los bytes según el conjunto de instrucciones. El chip de RAM olvida todo lo que está almacenado en él una vez que se apaga la computadora. Por lo tanto, es la memoria de almacenamiento temporal.
Ahora veamos el papel de los distintos componentes de este procesador. El bus de direcciones (8 bits, 16 bits o 32 bits) enviará una dirección a la memoria. De manera similar, la función del bus de datos es enviar o recibir los datos de la memoria.
Las líneas de lectura y escritura juegan un papel importante al informar a la memoria si establecerá u obtendrá la ubicación de la dirección. La línea de reloj establecerá el pulso de reloj del procesador y la línea de reinicio reiniciará la ejecución del programa poniendo el contador a cero.
Los registros son los flip-flops que se utilizan para realizar las funciones lógicas booleanas. Para un procesador de 8 bits por ejemplo, se requieren tres registros para realizar las operaciones lógicas.
La ALU realiza la operación lógica y el registro de prueba mantendrá el valor de salida para las comparaciones internas. Aquí también se utiliza el búfer de tres estados que permite que las distintas salidas se conecten a una línea pero que solo una de ellas pase el 1 o el 0 a la línea.
Para activar el búfer de tres estados, la línea de lectura y la línea de entrada de datos, se utiliza el decodificador de instrucciones. El decodificador de instrucciones según el ciclo de reloj activa el búfer requerido y, por lo tanto, bloquea la instrucción en el registro.
El decodificador de instrucciones luego decodifica la salida de la operación realizada por la ALU y la busca con el registro de comparación.
Dependiendo del conjunto de instrucciones, realizará las tareas en cada ciclo de reloj y al final del ciclo, se incrementa el contador del programa.
Dado que funciona en el conjunto de instrucciones múltiples, que es el conjunto de varios patrones de bits, esta colección de bits de instrucción se conoce como lenguaje ensamblador del procesador.
Se utiliza un ensamblador para traducir estos patrones y la salida se almacena en la memoria para que el procesador ejecute el programa.
Ventajas de un Microprocesador
- Rentable: Se fabrica en un pequeño circuito integrado (IC), por lo que esto reducirá el costo total del sistema de hardware.
- Alta velocidad: Es capaz de manejar y ejecutar millones de instrucciones y funciones por segundo debido a la tecnología que está utilizando. Por lo tanto, estos chips funcionan a una velocidad muy alta.
- Tamaño pequeño: Debido al uso de tecnologías de circuito integrado a muy gran escala (VLSI), se fabrica en un área muy pequeña, por lo que esto reducirá el tamaño total del chip.
- Menor consumo de energía: Estos procesadores están construidos con tecnología de semiconductores de óxido metálico que funciona en los modos de saturación y corte. Por lo tanto, el chip usa muy poca energía en comparación con otros dispositivos.
- Confiable y portátil: utiliza tecnologías VLSI y transistor MOSFET, por lo que la tasa de falla del chip es muy inferior, lo que lo convierte en un dispositivo muy confiable. El sistema informático que utiliza estos chips también es portátil, ya que es compacto y genera muy poco calor que los otros dispositivos.
- Flexible: El mismo chip se puede usar para ejecutar varias aplicaciones usando un conjunto diferente de instrucciones. Esto hace que el chip sea flexible.
Tipos de Microprocesadores
Veamos algunos microprocesadores y sus diferencias entre sí.
Procesadores RISC
El procesador de computadora del conjunto de instrucciones reducido (RISC) despliega un conjunto de instrucciones pequeño y optimizado para la ejecución de comandos.
En los procesadores RISC, cada instrucción necesita solo un ciclo de reloj para ejecutar la salida en el tiempo efectivo. Entre las características del procesador RISC, tenemos:
- Utiliza conjuntos de instrucciones simples.
- Consta de una gran cantidad de registros.
- Utiliza modos de direccionamiento simples y un conjunto de instrucciones de longitud fija.
- El uso de RAM es muy elevado.
- Soporta diferentes formatos de datos.
- Altamente eficiente en energía.
El RISC consta de datos de conjunto de instrucciones optimizados y una unidad de memoria que está conectada con la memoria caché.
Procesadores CISC
Es sinónimo de equipo de conjunto de instrucciones complejas (CISC). Tiene como objetivo minimizar el número de instrucciones por programa pasando por alto el número de ciclos por instrucción.
Las instrucciones entran en la unidad de hardware y hacen que el procesador funcione lentamente y sea complejo. Entre sus características tenemos:
- El uso de RAM es muy bajo.
- Se utiliza una gran cantidad de instrucciones.
- Para ejecutar una instrucción, se requiere más de un número de ciclos.
- Se utilizan varios modos de direccionamiento.
- El circuito del procesador es muy complejo.
- Se utiliza menos número de registros.
- Se utiliza un conjunto de instrucciones complejo y variable.
La memoria principal y la unidad de memoria de control son diferentes y para almacenar conjuntos de instrucciones complejos y para su ejecución, la memoria de control también está conectada a la unidad de control.
Coprocesadores
Es el tipo de procesador que se utiliza con los procesadores principales. Por ejemplo, un procesador matemático puede trabajar con el procesador principal como 8086 y puede resolver las funciones más rápido que los procesadores principales.
Las operaciones realizadas por los coprocesadores son aritmética, gráficos, procesamiento de señales, cifrado / descifrado, etc.
Procesador de entrada / salida
Es un procesador diferente que está diseñado para controlar los dispositivos de entrada y salida, por lo que tiene una memoria local propia con una utilización mínima de la CPU.
El ejemplo de este tipo de procesadores es el controlador de teclado y mouse, controlador de pantalla gráfica, controlador DMA (acceso directo a memoria), etc.
Computadora de transistores
Está diseñada para comunicaciones entre procesadores y tiene su memoria local. Se utiliza como una sola unidad de procesador para conectar un transputer a otro a través de enlaces y para realizar algunas tareas especiales. Los ejemplos son procesadores T212 de 16 bits, T425 de 32 bits, etc.
Microprocesador Vs Microcontrolador
Veamos las diferencias entre microprocesador y microcontrolador:
Microprocesador
- La memoria y los dispositivos de entrada y salida están conectados externamente.
- El circuito del microprocesador es generalmente muy grande ya que los componentes de la memoria están conectados externamente.
- Los microprocesadores son rentables.
- El consumo de energía de los sistemas de microprocesador es mayor que el de los microcontroladores debido a la presencia de componentes externos y tecnología utilizada que es VLSI.
- Se utiliza en ordenadores domésticos, portátiles, etc.
- Es el corazón de una computadora fabricada con un pequeño circuito integrado de silicio.
- No contiene RAM, ROM, temporizadores ni componentes de entrada / salida fabricados dentro del chip.
- Para interactuar entre los periféricos y los componentes de la memoria, se implementa un bus externo.
- Es muy complicado y costoso de usar, ya que requiere un gran tipo de instrucciones para obtener el resultado deseado.
- Trabaja a muy alta velocidad. Estos funcionan a menor velocidad que los microprocesadores.
- Las principales aplicaciones del microprocesador son calculadoras, sistemas de contabilidad, datos de control, máquinas de juego, aplicaciones militares, sistemas de computación y semáforos, etc.
Microcontrolador
- El microcontrolador tiene memoria incorporada y componentes de entrada / salida.
- El circuito interno del microcontrolador no es muy grande.
- Los microcontroladores son más rentables que los microprocesadores.
- El consumo de energía de los microcontroladores es más bajo que el de los microprocesadores ya que estos están construidos con tecnología CMOS.
- Esto se utiliza principalmente en sistemas integrados, lavadoras y sistemas de música MP3.
- Contiene uno o varios microprocesadores con CPU y otros componentes periféricos.
- Tiene la RAM, ROM, temporizadores y otros componentes junto con la CPU fabricada en un chip.
- Tiene un bus interno para la interfaz entre la RAM y los componentes de entrada / salida.
- Su circuito es muy simple y más barato que los microprocesadores con menos instrucciones a seguir para obtener la salida deseada.
- Las principales aplicaciones de los microcontroladores son dispositivos compactos como teléfonos móviles, reproductores de CD, cámaras, alarmas de seguridad, OTG y microondas, lavavajillas y relojes, etc.
¿Qué Es El Microprocesador 8085?
Es un microprocesador de 8 bits que puede procesar, aceptar y enviar datos de 8 bits simultáneamente. Funciona con una frecuencia de reloj de 3 MHz y tiene 16 líneas de direcciones, por lo que tiene 64 kilobytes de memoria.
¿Qué Es El Microprocesador 8086?
Es un microprocesador de 16 bits que tiene 20 líneas de dirección y 16 líneas de datos junto con un almacenamiento de memoria de 1 MB. El procesamiento es más rápido que el del microprocesador 8085.
Conclusión
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Este es un tema muy amplio para los lectores interesados en el campo de la electrónica y la instrumentación. Los conocimientos básicos son muy útiles para los procesos de diseño y fabricación de chips.
Este tutorial ayudará a los lectores a adquirir conocimientos básicos sobre el funcionamiento de dicho procesador que hemos explicado. Después de seguir este tutorial, se puede comprender fácilmente el concepto y las terminologías relacionadas con esto.
