UNIDAD CENTRAL DE PROCESO CPU
Concepto.- Es la unidad fundamental de la computadora, realiza todas las funciones (inteligentes) en la computadora. Se le denomina CPU por las siglas en ingles central processing unit, también se le llama simplemente procesador o microprocesador, Es el dispositivo que interpreta las instrucciones contenidas en los programas o definidas por las entradas y ejecuta el procesamiento de los datos. Es el que caracteriza a la computadora por su programación y ejecución de múltiples tareas.
En las primeras computadoras a las CPU se las diseñaba para trabajar con un ordenador mas grande.
Empezó con máquinas manejadas con mecanismos simples, luego con reles en conmutación con su defecto de rebote de contacto, ya en la era electrónica con válvulas y diodos con velocidad de de hasta 4 MHz, luego las transistorizadas mas confiables, las CPU con circuitos integrados de baja densidad SSI (con miles de chips) como el usado en las naves Apollo luego los de MSI y los LSI, la era del IBM 360 con la introducción del micro código, hasta el ingreso de los microprocesadores en 1971, 4004 y del 8080 en 1974. Se ha hecho realidad la Ley de Moore ( cada dos años se duplica el número de transistores en un Microprocesador) y como máquinas de programa almacenado o de Von Neumann. Hasta llegar a los procesadores actuales de alta integración en nanómetros.
UTILIDAD ACTUAL
Se utilizan en las computadoras con tecnologìas superescalares, vectoriales, MIPS, CELL pero existen varios dispositivos y aparatos que también la utilizan en muchos campos de la industria, hogar, oficina y personal. la miniaturización como la masificación y la estandarización han provocado las múltiples aplicaciones a la vida moderna en automotores, televisores, refrigeradoras, hornos, aviones, telefonía móvil, juguetes entre otras.
Frecuencia de Reloj.- Es la que determina la mayoría de acciones que realiza un computador en forma síncrona, tiene la forma de una onda cuadrada periódica, esta diseñada acorde con las características físicas, y requeridas de la CPU. el diseño del período se basa en cubrir el tiempo de movimiento de la señal, en moverse, propagarse y el retardo efectuado.
La CPU incluye registros visibles para el usuario y registros de control y estado.
Registros Visibles
Instrucciones de la máquina.
que pueden ser de:
1. uso general
2. Datos
3. Direcciones
4. Códigos de condición.
Registros de Propósito General
Optimo número entre 8 y 32. Si hay muchos registros entonces se necesitan demasiados accesos a memoria. Muchos registros no reducen significativamente las referencias a memoria pero hacen la CPU mas compleja.
Tamaño de los registros
Deben tener el tamaño suficiente para que puedan manejar las direcciones a memoria.
Capaces de manejar una palabra completa y a veces combinar dos registros para formar uno solo.
los registros están divididos en seis grupos los cuales tienen un fin especifico y son:
Registros de segmento
Registros de apuntadores de instrucciones
Registros apuntadores
Registros de propósitos generales
Registro índice
Registro de bandera.
Captar (datos o instrucciones): la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos o una instrucción de la memoria o de un módulo I/O. Operand Fetch (OF)
Interpretar instrucción: la instrucción se decodifica para determinar qué acción realizará. (define lo que realizará y se divide en partes para ejecutarse) Instrucción decode (ID)
Procesar datos: en la ejecución se puede exigir llevar a cabo operación(es) aritmética o lógica con los datos. Operation execution (OE)
Escribir datos: los resultados de la ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en un módulo I/O. Operand Store(OS)
La unidad de proceso o unidad de procesamiento (UP) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una Unidad Central de Procesamiento (CPU) en algunos casos dependiente de la unidad de control. Los otros dos bloques son la Unidad de control y el bus de entrada/salida.
La función de la unidad de proceso es ejecutar las tareas que le encomienda la unidad de control. Para esto, la unidad de proceso emplea a las unidades:
* Unidad aritmético-lógica (UAL o ALU, por las siglas en inglés de Arithmetic Logic Unit): para llevar a cabo operaciones aritméticas básicas (suma, resta, etc.) y funciones lógicas (NOT, AND, OR, EXOR, etc.).
* Unidad de coma flotante: para realizar operaciones matemáticas complejas que no pueden ser realizadas mediante la ALU.
* El registro acumulador: que guarda los operandos y los resultados de las operaciones.
* El registro de estado: que guarda determinados indicadores acerca del resultado de las operaciones realizadas.
En las primeras computadoras a las CPU se las diseñaba para trabajar con un ordenador mas grande.
COMPONENTES, Tiene componentes que realizan diversar tareas interiormente son: la Unidad de Control, la Unidad de Proceso, los registros y el bus de entrada y salida.
FUNCIONES DE LA CPU
Programación, ejecución de programas, Almacenamiento primario, comunicación con las unidades de entrada y salida.
EVOLUCIÓN
Empezó con máquinas manejadas con mecanismos simples, luego con reles en conmutación con su defecto de rebote de contacto, ya en la era electrónica con válvulas y diodos con velocidad de de hasta 4 MHz, luego las transistorizadas mas confiables, las CPU con circuitos integrados de baja densidad SSI (con miles de chips) como el usado en las naves Apollo luego los de MSI y los LSI, la era del IBM 360 con la introducción del micro código, hasta el ingreso de los microprocesadores en 1971, 4004 y del 8080 en 1974. Se ha hecho realidad la Ley de Moore ( cada dos años se duplica el número de transistores en un Microprocesador) y como máquinas de programa almacenado o de Von Neumann. Hasta llegar a los procesadores actuales de alta integración en nanómetros.
UTILIDAD ACTUAL
Se utilizan en las computadoras con tecnologìas superescalares, vectoriales, MIPS, CELL pero existen varios dispositivos y aparatos que también la utilizan en muchos campos de la industria, hogar, oficina y personal. la miniaturización como la masificación y la estandarización han provocado las múltiples aplicaciones a la vida moderna en automotores, televisores, refrigeradoras, hornos, aviones, telefonía móvil, juguetes entre otras.
ELEMENTOS PARA EL TRABAJO DEL CPU
Frecuencia de Reloj.- Es la que determina la mayoría de acciones que realiza un computador en forma síncrona, tiene la forma de una onda cuadrada periódica, esta diseñada acorde con las características físicas, y requeridas de la CPU. el diseño del período se basa en cubrir el tiempo de movimiento de la señal, en moverse, propagarse y el retardo efectuado.
REGISTROS
Los registros del procesador son sitios de almacenamiento rápido y temporal, se emplean para controlar instrucciones en ejecución, manejar direccionamiento de memoria y proporcionar capacidad aritmética. Los registros son espacios físicos dentro del microprocesador con capacidad de 4 bits hasta 64 bits dependiendo del microprocesador que se emplee. Los registros son direccionables por medio de una viñeta, que es una dirección de memoria. Los bits, por conveniencia, se numeran de derecha a izquierda (15,14,13…. 3,2,1,0),La CPU incluye registros visibles para el usuario y registros de control y estado.
Registros Visibles
Instrucciones de la máquina.
que pueden ser de:
1. uso general
2. Datos
3. Direcciones
4. Códigos de condición.
Registros de Propósito General
Optimo número entre 8 y 32. Si hay muchos registros entonces se necesitan demasiados accesos a memoria. Muchos registros no reducen significativamente las referencias a memoria pero hacen la CPU mas compleja.
Tamaño de los registros
Deben tener el tamaño suficiente para que puedan manejar las direcciones a memoria.
Capaces de manejar una palabra completa y a veces combinar dos registros para formar uno solo.
los registros están divididos en seis grupos los cuales tienen un fin especifico y son:
Registros de segmento
Registros de apuntadores de instrucciones
Registros apuntadores
Registros de propósitos generales
Registro índice
Registro de bandera.
Tareas de la CPU:
Captar (datos o instrucciones): la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos o una instrucción de la memoria o de un módulo I/O. Operand Fetch (OF)
Interpretar instrucción: la instrucción se decodifica para determinar qué acción realizará. (define lo que realizará y se divide en partes para ejecutarse) Instrucción decode (ID)
Procesar datos: en la ejecución se puede exigir llevar a cabo operación(es) aritmética o lógica con los datos. Operation execution (OE)
Escribir datos: los resultados de la ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en un módulo I/O. Operand Store(OS)
El contador del programa es incrementado acorde con la longitud de la palabra en términos de unidades de memoria.
Unidad de proceso
La unidad de proceso o unidad de procesamiento (UP) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una Unidad Central de Procesamiento (CPU) en algunos casos dependiente de la unidad de control. Los otros dos bloques son la Unidad de control y el bus de entrada/salida.
La función de la unidad de proceso es ejecutar las tareas que le encomienda la unidad de control. Para esto, la unidad de proceso emplea a las unidades:
* Unidad aritmético-lógica (UAL o ALU, por las siglas en inglés de Arithmetic Logic Unit): para llevar a cabo operaciones aritméticas básicas (suma, resta, etc.) y funciones lógicas (NOT, AND, OR, EXOR, etc.).
* Unidad de coma flotante: para realizar operaciones matemáticas complejas que no pueden ser realizadas mediante la ALU.
* El registro acumulador: que guarda los operandos y los resultados de las operaciones.
* El registro de estado: que guarda determinados indicadores acerca del resultado de las operaciones realizadas.
