Instituto Tecnológico Superior de Teziutlán Arquitectura de Computadoras

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR
DE TEZIUTLÁN
MATERIA:
ARQUITECTURA DE
COMPUTADORAS
ENERO - JUNIO 2017

2. EL MICROPROCESADOR
ASPECTOS GENERALES

3. C.I. complejo que alberga el CPU de una
computadora.
Ejecuta el Software (S.O, Programas, Aplicaciones,
etc.)
Decodificación, Ejecución, Lectura y Escritura.
CONCEPTO DE MICROPROCESADOR

4. CONCEPTO DE MICROPROCESADOR
Físicamente, un microprocesador es una
unión de microcircuitos, cuyo elemento
principal es el transistor.
En un solo microprocesador hay alrededor de
millones de transistores, que conmutan
millones de veces por segundo.
La cantidad de ellos se duplica por lo general
cada 2 años aproximadamente, con lo que se
amplifican sus prestaciones.

5. CONCEPTO DE MICROPROCESADOR

6. EL MICROPROCESADOR
ARQUITECTURA Y COMPONENTES INTERNOS

7. ARQUITECTURA INTERNA DEL MICROPROCESADOR
La arquitectura interna de un
microprocesador hace referencia a la
presencia y distribución física de cada uno de
sus componentes.
La gran mayoría siguen basados en la
Arquitectura von Neumann, no obstante se
han realizado mejoras e innovaciones en pos
de mejor rendimiento.

8. ARQUITECTURA INTERNA DEL MICROPROCESADOR

9. UNIDAD DE INTERFACE CON EL BUS (FRONT SIDE BUS [FSB])
Elemento que conecta directamente la Memoria RAM y la Tarjeta Madre con el
microprocesador, y a través de el se reciben las instrucciones y los datos, y ajusta las
velocidades de transmisión de la información.

10. UNIDAD DE DECODIFICACIÓN
Decodifica las instrucciones procedentes de la Memoria para transformarlos en el formato de
instrucciones entendido por el CPU, es decir, a lenguaje máquina.

11. UNIDAD DE CONTROL
Unidad que coordina el funcionamiento de todas las áreas del microprocesador, indicando los
turnos para operar en cada instante. Así mismo, ejecuta las instrucciones ya decodificadas
previamente.

12. UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA (ALU)
Elemento que se encarga de realizar las operaciones aritméticas o lógicas dictadas por las
instrucciones del programa, una vez interpretadas por la Unidad de Control.

13. UNIDAD DE COMA FLOTANTE (FPU)
Elemento que realiza operaciones matemáticas con números reales (Coma Flotante).

14. REGISTROS INTERNOS
Elementos de almacenamiento temporal que alojan datos de uso frecuente o cálculos en
realizados por la ALU. Su tamaño se mide en bits y determinan el tamaño máximo de los datos
que se pueden manipular en una sola operación o ciclos de reloj.

15. RELOJ INTERNO
Elemento que suministra la señal de pulsos que sincroniza todas las unidades internas del
microprocesador, así como la búsqueda y ejecución de instrucciones.

16. MEMORIA CACHÉ O DE ACCESO INMEDIATO
Memoria volátil de alta velocidad que almacena datos e instrucciones de uso frecuente, para
acelerar los accesos del microprocesador a la memoria RAM. Dependiendo de su cercanía y
prioridad, se divide en niveles (L1: Mayor Prioridad, L2 … Ln: Baja Prioridad)

17. EL MICROPROCESADOR
PROCESO BÁSICO DE LECTURA Y ESCRITURA DE
DATOS

18. PROCESO BÁSICO DE LECTURA Y ESCRITURA DE DATOS

19. PROCESO BÁSICO DE LECTURA Y ESCRITURA DE DATOS

20. PROCESO BÁSICO DE LECTURA Y ESCRITURA DE DATOS

21. PROCESO BÁSICO DE LECTURA Y ESCRITURA DE DATOS

22. PROCESO BÁSICO DE LECTURA Y ESCRITURA DE DATOS

23. EL MICROPROCESADOR
FUNCIONES DE LOS REGISTROS Y EL BUS DE
CONTROL

24. FUNCIONES DE LOS REGISTROS Y EL BUS DE CONTROL

25. Los registros internos se encargan elementalmente del
almacenamiento de datos, posiciones o llamados a
subrutinas, y están directamente asociados con la
Unidad Aritmética Lógica (ALU)
FUNCIONES DE LOS REGISTROS INTERNOS

26. Program Counter (PC)
Registro Contador de Programa
Registro que lleva el control de qué instrucción se está
leyendo y ejecutando en un determinado momento.
Inicia normalmente con la dirección 0 (0000h, por
ejemplo) e incrementa de 1 en 1, salvo que se indique
un salto a otra dirección.
FUNCIONES DE LOS REGISTROS INTERNOS

27. Stack
Registro de Pila
Registro que almacena direcciones temporales para el
PC, y se usan cuando se invoca o se accede a una
subrutina.
Siempre que se llame a una subrutina, se guarda la
localidad de memoria presente del el PC en un Stack, y
en el momento de terminarla, se retorna al programa
principal.
Hay hasta 4 stacks para que el procesador pueda
acceder a 4 subrutinas al mismo tiempo, o acceder a
una subrutina dentro de otra subrutina.
FUNCIONES DE LOS REGISTROS INTERNOS

28. Flags
Registro de Bandera
Registros especiales que guardan resultados de operaciones
aritméticas u operaciones con bits.
Banderas especiales son los indicadores de signo, acarreos
(carry), adeudos (borrow), valores cero (zero), valores
menores de cero (DC), entre otros.
Estos registros por lo general no pueden ser modificados por
el usuario, por ser de uso exclusivo de la ALU.
Dependiendo del programa que se diseñe, habrá que estar
consultando el estado de determinados bits, para ejecutar
saltos, segmentos de código de tipo condicional, etc.
FUNCIONES DE LOS REGISTROS INTERNOS

29. Special Function Register
Registros Especiales o de Función Principal
Registros especiales que almacenan datos
correspondientes a Estado de Dispositivos o
componentes, de convertidores de datos o de puertos
específicos.
La existencia y las funciones de dichos registros depende
del microprocesador empleado y de las necesidades de
programación del usuario.
FUNCIONES DE LOS REGISTROS INTERNOS

30. General Purpouse Register
Registros de Propósito General
Registros destinados para almacenar provisionalmente
los datos con los que la ALU va a trabajar, evitando
accesos múltiples a la memoria principal para
ubicarlos.
FUNCIONES DE LOS REGISTROS INTERNOS

31. Work Register
Registros de Trabajo o Acumuladores
Registros especiales donde la ALU almacena los
resultados de sus cálculos.
Algunos microprocesadores no tienen registros de
propósito general, pero obligatoriamente deben llevar
registros de trabajo.
FUNCIONES DE LOS REGISTROS INTERNOS

32. Las señales del bus de control permiten al
microprocesador comunicarse adecuadamente
con cada uno de los elementos periféricos que lo
conforman y con los que tiene contacto con el
exterior.
Todas las señales se activan o se desactivan
constantemente según lo requiera el programa o
lo indiquen los periféricos
FUNCIONES DEL BUS DE CONTROL

33. Read/Write
Señal de Lectura/Escritura
Indica a la memoria principal si el procesador
requiere leer o cargar un dato alojado en alguna
dirección o, en caso contrario, escribirlo.
FUNCIONES DEL BUS DE CONTROL

34. Chip Enable
Habilitación de Chip
Establece, previo a la señal de Lectura/Escritura, la
habilitación del dispositivo al que se transmitirán o
leerán los datos que se necesitan.
FUNCIONES DEL BUS DE CONTROL

35. SEÑALES DEL BUS DE CONTROL
Input/Output Request
Solicitud de Entrada/Salida
Indica si la información que pretende pasar por el
bus de control es de entrada o de salida.

36. Refresh
Recarga o Actualización
Señal que efectúa un “refresco” o “recarga” de los
datos alojados en memoria, sobre todo si ésta es
de tipo dinámica.
FUNCIONES DEL BUS DE CONTROL

37. Interrupt
Interrupción
Señal que efectúa una Interrupción de Software
proveniente de un puerto o de un sistema
maestro, con el objetivo de acceder a alguna
subrutina.
FUNCIONES DEL BUS DE CONTROL

38. Non Maskarable Interrupt
Interrupción No Enmascarable
Señal que efectúa una Interrupción de Hardware
que no puede ser ignorada por el sistema.
Se habilita cuando una subrutina es crítica o si
alguna de ellas no se desactiva durante la
operación normal del sistema.
FUNCIONES DEL BUS DE CONTROL

39. Bus Request
Solicitud de Bus
Señal que envía solicitudes de acceso a un
elemento externo para conocer su disponibilidad
(Ocupado o Disponible)
FUNCIONES DEL BUS DE CONTROL

40. Bus Acknowledge
Reconocimiento de Bus
Señal que envía o confirma a otros sistemas si se
ha establecido contacto de forma correcta o si el
bus se encuentra disponible u ocupado para
alguna tarea o transferencia de datos
FUNCIONES DEL BUS DE CONTROL

41. EL MICROPROCESADOR
FACTORES DE RENDIMIENTO

42. FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR
FACTORES
DE
RENDIMIENTO
Existen factores a considerar que determinan el rendimiento del microprocesador, es decir,
sus prestaciones
Ancho de los Buses de Datos y de Direcciones
Tamaño y Niveles de la Memoria Caché
Frecuencia de Reloj o de Procesamiento (Velocidad
Interna)
Frecuencia de Trabajo del FSB (Velocidad Externa)
Tamaño de los Registros Internos
Densidad de Integración del Microprocesador
Voltaje de Alimentación

43. ANCHO DEL BUS DE DATOS
Representa el dato más grande que es capaz de manejar el procesador en una sola
operación.
El tamaño de éste determina el Ancho de Palabra de la memoria principal.
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

44. BUS DE DIRECCIONES
El tamaño de éste bus determina la cantidad máxima de memoria que podemos direccionar.
La capacidad de la memoria que se puede direccionar depende de la cantidad de bits que
conforman el bus de direcciones, siendo 2n el tamaño máximo en bits del banco de
memoria que se podrá direccionar con n líneas.
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

45. TAMAÑO Y UBICACIÓN DE LA MEMORIA CACHÉ
Las memorias caché son elementos de almacenamiento mucho más pequeño
comparado con la Memoria RAM, pero que trabajan a velocidades mucho mayores. En
ellas se almacenan las últimas instrucciones procesadas o las futuras a procesar junto
con sus datos.
Modalidad de caché en relación
al procesador
Ubicación en el Sistema
Denominación de su conexión
al procesador
Externa
En la Placa Base
(Motherboard)
Bus Local o Bus Frontal (Front
Side Bus)
Interna En un chip junto al Procesador Bus Trasero (Back Side Bus)
Integrada
Como parte del propio
Procesador
Conexión Interna
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

46. CACHÉ INTERNA
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

47. CACHÉ INTEGRADA
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

48. NIVELES DE CACHÉ
TIEMPO DE ACCESO
ns
μs
ms
s
COSTO
Mayor
Costo
Menor
Costo
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

49. VELOCIDAD INTERNA DEL PROCESADOR
Se trata de la frecuencia de reloj interna a la que trabaja el procesador. Se mide en Hertz
(Hz)
En general, cuanto mayor es la velocidad de procesador, mayor es el número de operaciones
por segundo realiza. El rendimiento está en función del modelo del procesador, el número
de núcleos y las otras características que se han descrito.
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

50. INTEL PENTIUM 4
3.0 GHz
INTEL Core 2 Duo
2.4 GHz
¿Qué procesador es más rápido?
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

51. VELOCIDAD DEL BUS PRINCIPAL (FSB) O VELOCIDAD EXTERNA
Es la frecuencia de reloj a la que viajan los datos por el bus principal.
Dado que el microprocesador trabaja a una frecuencia, y la tarjeta madre a otra, se requiere
de un elemento que ajuste o adapte la diferencia de velocidades entre ambos. Dicho
elemento se denomina Multiplicador.
Para aumentar el rendimiento del procesador interesa que la velocidad del bus sea lo más
alta posible.
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

52. Suponga que disponemos de una Motherboard
para procesadores Pentium II y Pentium III con las
siguientes velocidades del FSB:
• 100 MHz
• 133 MHz
Si colocamos un microprocesador Intel Pentium II a
450 MHz y queremos que el FSB funcione a 100
MHz, ¿Con qué valor debemos configurar el
multiplicador?
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR
Considerando la misma placa, si colocamos un
microprocesador Intel Pentium III que funciona a
800 MHz, y queremos que el FSB funcione a 133
MHz ¿Con qué valor debemos ajustar el
multiplicador?

53. VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN
Es el voltaje necesario para energizar todos los elementos del microprocesador. A mayor
voltaje, se obtiene una mayor frecuencia de procesamiento, lo que se traduce en una mayor
velocidad de procesamiento.
Al aumentar el voltaje de operación, también se genera una mayor cantidad de calor y se
demanda más energía, aumentando el consumo.
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR

54. DENSIDAD DE INTEGRACIÓN
Indica la separación física que hay entre los transistores que conforman el microprocesador.
También se conoce como Tecnología de Fabricación y se mide en micras o micrómetros (μm)
o nanómetros (nm). Entre mayor sea la densidad de integración, se pueden agregar más
componentes o ampliar los existentes, que se traduce en mayor rendimiento. La densidad
de integración sigue un patrón denominado Ley de Moore.
FACTORES DE RENDIMIENTO DE UN MICROPROCESADOR