El microprocesador central o CPU

CPU es el acrónimo de Central processing unit= unidad central de procesamiento, el chip maestro, el cerebro de una computadora. Se trata de una pastilla de silicio en donde se agrupan millones de transistores y cuya tecnología actualmente esta liderada por tres grandes fabricantes: Intel, AMD e IBM-Apple(procesadores PowerPC). Cuando se habla de él se habla del poder de un sistema. Dada su importancia, merece especial atención en el estudio del hardware.
La CPU clasificada en base al manejo de instrucciones. Los Microprocesadores o CPU administran juegos de
instrucciones basadas en pilas, acumuladores y registros. Las instrucciones basadas en registros han recibido la
mayor atención por parte de los programadores, hecho que a su vez ha propiciado que los fabricantes de
semiconductores, diseñen arquitecturas de microprocesadores SEGUN la forma en que se administran los
registros.
Partiendo de esa base, han surgido dos grandes arquitecturas de microprocesadores para PCs: los diseñados
con instrucciones avanzadas o complejas llamados CISC (Complex Instruction Set Computer) y los diseñados con instrucciones simples o reducidas llamados RISC (Reduced Instruction Set Computer).

La arquitectura CISC ( Complex Instruction Set Computer ). Fue la primera tecnología de CPUs con la que la maquina PC se dio a conocer mundialmente. Adoptada por Intel, se coloco en las primitivas PCs (procesador
8088) que fueron lanzadas bajo la marca IBM el 12 de Agosto de 1981. Su sistema de trabajo se basa en la Microprogramación.
Dicha técnica consiste en hacer que cada instrucción sea interpretada por un microprograma localizado en una sección de memoria en el circuito integrado del Microprocesador. A su vez, las instrucciones compuestas se decodifican para ser ejecutadas por microinstrucciones almacenadas en una Rom interna. Las operaciones se realizan al ritmo de los ciclos de un reloj.

Considerando la extraordinaria cantidad de instrucciones que la CPU puede manejar, la construcción de una CPU
con arquitectura CISCes realmente compleja. A este grupo pertenecen los microprocesadores de INTEL (Celeron, Pentium IV, etc.) y AMD (Duron, Athlon, etc.).
El origen de la arquitectura CISC se remonta a los inicios de la programación ubicada en los años 60 y 70. Para
contrarrestar la crisis del software de ese entonces, empresas electrónicas fabricantes de hardware pensaron
que una buena solución era crear una CPU con un amplio y detallado manejo de instrucciones, a fin de que los
programas fueran mas sencillos. Los programadores en consecuencia crearon multitud de programas para esa
arquitectura. La posterior masificación de los PCs, permitió que el mercado fuera luego copado de software
creado para procesadores CISC.
Entre las bondades de CISC destacan las siguientes:
1. Reduce la dificultad de crear compiladores.
2. Permite reducir el costo total del sistema.
3. Reduce los costos de creacion de Software.
4. Mejora la compactación de código.
5. Facilita la depuración de errores (debugging).

La arquitectura RISC (RISC = Reduced Instruction Set Computer). Ha sido la consecuencia evolutiva de las CPU.
Como su nombre lo indica, se trata de microprocesadores con un conjunto de instrucciones muy reducidas en
contraposición a CISC. ¿Que ventaja se deriva de esta tecnología?. Veamos:
1. La CPU trabaja mas rápido al utilizar menos ciclos de reloj para cumplir sus funciones (ejecutar instrucciones).
2.Utiliza un sistema de direcciones no destructivas en Ram. Eso significa que a diferencia de CISC, RISC conserva después de realizar sus operaciones en memoria los dos operandos y su resultado (total tres direcciones), lo que facilita a los compiladores conservar llenos los 'pipelines' (conductos) de la CPU para utilizarlos concurrentemente y reducir la ejecución de nuevas operaciones.
3.Cada instrucción puede ser ejecutada en un solo ciclo de la CPU (máxima velocidad y eficiencia).

Considerada como una innovación tecnológica creada a partir del análisis de la primitiva arquitectura Cisc, RISC
ha dado origen a la aparición de Microprocesadores poderosos cuya principal aplicación a la fecha (Octubre
2003), ha sido el trabajo en las grandes máquinas (servidores ), aunque también han llegado a posicionarse en
ciertas maquinas desktop (Apple), computadoras de mano, maquinas de juegos, y otros artefactos electrónicos
domésticos.

Ejemplos de tecnología RISC son los sistemas MIPS (Millions Instruction Per Second), 1992, SPARC = Scalable
Processor ARChitecture de la empresa Sun (utiliza Solaris, sistema operativo de ambiente Unix), POWER PC,
1993, diseñado por Apple, Motorola e IBM, son utilizados en PCs de Apple, Macinstosh y mainframes de IBM
(RS/6000 y AS/400) con sistemas operativos AIX y Windows NT. El PowerPC se conoce también como G3, G4,
G5 (alcanza un billon de operaciones de punto flotante por segundo).

Arquitectura RISC vs CISC.
Partiendo de lo expuesto, habría que evaluar las ventajas de ambas arquitecturas para tomar decisiones sobre la escogencia de una u otra a la hora de diseñar un sistema. Risc es más rápida, pero mas costosa. Hablando en términos de costo hay que pensar que Riscutiliza mas la circuiteria (comandos hardware o circuitos electrónicos) para ejecutar operaciones directas (el microprocesador esta mas libre de carga), en tanto que CISC utiliza micro código ejecutado por el microprocesador lo que la hace mas económica y mas lenta también (debido a la carga que soporta el microprocesador).

Hay mas software de uso general para la plataforma CISC. Pero la exigencia de la informática demanda
periódicamente mayor velocidad y administración de espacio en Ram y discos duros, area en la que ambas
arquitecturas deben seguir innovando. Dado que CISC es mas popular a nivel de PCs, las innovaciones en esta
categoría son mas numerosas (nuevas interfaces, puertos, nuevos buses y velocidades de transmisión).
Técnicamente hablando, el rendimiento en RISC basado en la menor cantidad de carga de instrucciones en el
microprocesador compensa a la mayor cantidad de código en software que es necesario utilizar, por lo que su
arquitectura se considera mas potente que CISC.

Fabricación de la CPU.
Dado que la mayor plataforma a nivel mundial de PC, se basa en la tecnología CISC, veamos el análisis arquitectónico y funcional de estos Microprocesadores a fin de comprender como esta construido internamente el CEREBRO del PC (unidades internas ALU, AU, micro códigos, caché, direcciones,
etc.).

Estructura interna del microprocesador central o CPU

La descripción completa, tanto física como funcional de un Microprocesador moderno amerita la edición de un
texto sobre CPUs. Tal estudio tiene su énfasis necesario para quienes estudian la programación o creación de
software. No obstante a fin de comprender su estructura y forma de trabajo básicos que inciden a la hora de
diagnosticar fallas en las computadoras, analizamos en forma global su arquitectura y funcionamiento internos.

1.Una sección conocida como Interfaz con el bus, recibe los datos e instrucciones codificadas, desde la memoria Ram. La memoria está conectada a la CPU a través de los circuitos de la placa base (motherboard) conocidos como BUS. Los datos llegan a la memoria a través de solicitudes del operador del sistema (vía software, via teclado, via red, via puertos, etc.)..

2. Una unidad de control o área lógica (ALU= Arithmetic-logic Unit) coordina las operaciones que se deben realizar para atender el pedido del operador (visualización de texto, grafico, calculo, etc.).

3.Una subdivisión de la ALU, la AU (Arithmetic Unit) se encarga de atender las operaciones matemáticas y calculo avanzado con operaciones de punto flotante (función crítica en la presentación de gráficos e imágenes 3D). La LU (Logic Unit) se encarga de administrar.

4. Una sección de instrucciones (micro código) almacena en la Ram los códigos correspondientes (soluciones) para atender las solicitudes de trabajo existentes.

5.Cada vez que el procesador recibe una petición adicional de un dispositivo (atiende una interrupción), se forma una 'pila' de tareas pendientes.

6. Las direcciones en la memoria se mueven a la velocidad que ella permite ( 400MHz, 800MHz, etc.),
cambiando permanentemente el deposito de datos y reemplazándolos por los nuevos resultados asi: sean A, B
la representación de 3 direcciones en la memoria. En A se almacena el operando 4 y en B el operando 8. A la
orden de multiplicar ambos, el resultado 32, queda almacenado en A.

7. Un reloj interno marca el 'ritmo' de trabajo, estableciendo ciclos de reloj para que cada operación se ejecute.

8. Secciones especiales de memoria en el microprocesador conocidas como Cache (nivel 1, nivel 2, etc.)
guardan porciones de información recurrente para evitar los accesos a la memoria general (RAM) y disminuir la
perdida de tiempo.

9.Las velocidades internas en que ocurren las operaciones, dependen de la capacidad del microprocesador (cantidad de transistores), de su bus interno (ancho de banda y velocidad de transmisión de los datos), de la rapidez de ejecución del micro código que se asigna como solución para cada situación que se presenta y del Software que el operador utiliza en el PC.

10.Otras variables dependen del fabricante y modelo del Chip en cuestión.

Ejemplo de las caracteristicas de un microprocesador

El microprocesador. Teoría del funcionamiento

Los bloques funcionales básicos son: la unidad de procesamiento central (CPU), la memoria principal, y el
procesador de Entrada - Salida. Unidad de proceso central: esta es la responsable de la interpretación y
ejecución de instrucciones contenidas en la memoria principal, las comunicaciones entre la CPU y la memoria
principal se realizan a través de 2 canales funcionalmente distintos: el de direcciones y el de datos.
Para introducir en la memoria, una instrucción especifica, la CPU envía a dicha memoria la dirección de la
instrucción por el canal de direcciones y recibe por el mismo medio la instrucción que está en esa dirección.

Parte de la instrucción es utilizada por la CPU para identificar la operación. Esta parte se llama código de operación de la instrucción. La información restante se utiliza para determinar la o las localidades de los datos con los cuales se va a efectuar la operación.

La acción de leer una instrucción en la CPU y prepararla para su ejecución se denomina ciclo de búsqueda. Para
completar una instrucción la CPU decodifica el código de operación, genera las señales de control que se
necesitan para introducir los operandos requeridos y controla la ejecución de la instrucción. Por ejemplo,
suponiendo que la operación especificada consiste en sumar 2 números requeridos en 2 registros de la CPU y
almacenar el resultado en un tercer registro de la CPU. Para efectuar esta instrucción, la CPU identificará los 2
registros y generará las señales de control adecuados para conectar los registros a la unidad de Aritmética y
Lógica (ULA).

La CPU también hace que la ULA funcione como sumadora y dirija la salida hacia el tercer registro. El proceso de
realización que especifica una función se denomina ciclo de ejecución. Los nombres ciclos de búsqueda y ciclos
de ejecución derivan de la naturaleza cíclica de la operación de la computadora y una vez que esta empieza a
funcionar repite los ciclos de búsqueda y ejecución de manera continua. Para hacer referencia a cada ciclo suele
utilizar el termino ciclo de maquina.

La CPU puede dividirse funcionalmente en 3 sub unidades, la unidad de control, dedicada a los ciclos de
búsqueda y ejecución, la ULA que desempeña funciones aritméticas como por ejemplo, suma y resta, de lógica
por ejemplo AND, OR y un conjunto de registros dedicados al almacenamiento de datos en la CPU y a ciertas funciones de control.

La CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta velocidad llamada
registro. Algunos de los registros están dedicados al control, y solo la unidad de control tiene acceso a ellos. Los
registros restantes son los registros de uso general y el programador es el usuario que tiene acceso a ellos.
Dentro del conjunto básico de registros de control se incluyen los siguientes:

1. Contador de programa (PC),
2. Registro de direcciones de la memoria (MAR),
3. Registro de datos (RD),
4.Registro de instrucciones (ER),
5. Palabra de estado de programa (PSW) (PC):
La función del PC consiste en seguir la pista de la instrucción por buscar (capturar) en el siguiente ciclo de
maquina, por lo tanto contiene la dirección de la siguiente instrucción por ejecutar. El PC es modificado dentro
del ciclo de búsqueda de la instrucción actual mediante la suma de una constante. El numero que se agrega al
PC es la longitud de una instrucción en palabras. Por lo tanto, si una instrucción tiene una palabra de longitud
se agrega 1 al PC, si una instrucción tiene dos palabras de largo se agrega 2, y así sucesivamente.

Registro de direcciones de la memoria (MAR): funciona como registro de enlace entre la CPU y el canal de direcciones. Cuando se logra el acceso a la memoria la dirección es colocada en el MAR por la unidad de control y ahí permanece hasta que se completa la transacción. El numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones. La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecución de una instrucción, el PC y el MAR sirven al mismo fin. Sin embargo, muchas de las instrucciones de la maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que están en ella. Como la dirección de los datos suele ser diferente de la instrucción siguiente se necesita el MAR.

Registro de datos: la función del RD consiste en proporcionar un área de almacenamiento temporal (memoria intermedia, acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la CPU y la memoria. Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecución) o datos del operando (obtenidos en el ciclo de ejecución). Debido a su conexión directa con el canal de datos el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal.

Registro de instrucciones (ER): es un registro que conserva el código de operación de la instrucción en todo el ciclo de la maquina. El código es empleado por la unidad de control de la CPU para generar las señales apropiadas que controla le ejecución de la instrucción. La longitud del ER es la longitud en bit del código de operación.

Palabra de estado de programa (PSW): la palabra de estado o condición de programa almacena información pertinente sobre el programa que este ejecutándose. Por ejemplo al completarse una función de la unidad aritmética lógica se modifica un conjunto de bit llamados códigos (o señales de condición). Estos bits especifican si el resultado de una operación aritmética fue 0 o negativo o si el resultado se desbordó. El programa puede verificar estos bits en las instrucciones siguientes o cambiar en forma condicional su flujo de control según su valor.
Además el PSW contiene bits que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de servicio
asincrónicas generadas por dispositivos de Entrada-Salida, o condiciones de error interno. Estas señales se
denominan interrupciones.
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general. Estos se utilizan
para almacenar información en forma temporal. También retienen operandos que participan en operaciones de
la ULA.
Si bien en todas las maquinas la información contenida en el registro puede manipularse como datos ordinarios
durante la ejecución de algunas instrucciones, los datos se utilizan en forma explícita para asignar una dirección
de la memoria. La ventaja de usar registros para retener datos de operaciones es la velocidad.

Las instrucciones pueden clasificarse en 5 categorías:

1. Instrucciones de aritmética y lógica,
2. Instrucciones de movimientos de datos,
3. Operaciones de datos en bloques,
4. Instrucciones de control del programa,
5. Instrucciones de Entrada - Salida

Instrucciones de aritmética y lógica. Entre ellas se encuentran operaciones binarias, las cuales requieren dos operandos y producen un resultado único. La suma, la resta, la multiplicación y división, son operaciones
standard en la mayor parte de las maquinas con excepción de algunas mini-computadoras y microprocesadores.
Las operaciones de lógica incluida en el conjunto de instrucciones son las operaciones AND, NAND, NOR, XAND,
XOR. También dentro de las instrucciones de aritmética y lógica se encuentran las operaciones de
desplazamiento y las de rotación.

Instrucciones de movimientos de datos. Esta instrucción da por resultados la copia de datos desde una
localidad de operando a otra; además del código de operación, estas instrucciones requieren información que
identifique los operandos fuentes y destinos. En una computadora de uso general, los datos se pueden mover
de: registro a registro, registro a memoria, memoria a registro, memoria a memoria.

Operaciones de datos en bloques. Son aquellas que se efectúan con un conjunto de operandos y no con un solo operando. También dentro de esta instrucción se encuentra la de control del programa. Esto hace posible que un programa se adapte a la secuencia inherente al ciclo de maquina de la computadora. En otras palabras, se pueden pasar por alto secciones de instrucciones como resultado de la activación de un código de condiciones o como resultado directo del diseño del programa.

Instrucciones de control del programa e Instrucciones de Entrada - salida. Desde el punto de vista de la
programación para el acceso a la memoria o a un periférico simplemente se requiere el mismo conjunto de
instrucciones. Estos sistemas se denominan sistemas de Entrada - Salida mapeados por memoria. La
programación de un dispositivo en estos sistemas requiere el conocimiento de este dispositivo y sus
características, aunque no se necesitan instrucciones especiales. El dispositivo se caracteriza como un conjunto
de localidades de la memoria que se dividen en dos sub categorías: un conjunto de registro de estado de control y un registro de información.

Registro de estado y control. Estos suelen contener información acerca del estado inactivo, ocupado, etc. En estos registros también se almacena información de control, como por ejemplo el tipo de paridad y la velocidad de transmisión de los datos. La información contenida en los registros de estado y control se utiliza
principalmente para proporcionar una imagen global del hardware cuando este en el programa.
Registro de información:estos constituyen una memoria intermedia para la información que se transfiere entre la CPU y el periférico. En el caso de un dispositivo se transfieren datos sobre la base de carácter por carácter y suele haber solo dos registros. Uno que retiene datos de la CPU al dispositivo y otro que utilice datos del dispositivo a la CPU. Si la Entrada - Salida programada se realiza en un dispositivo unidireccional (solo transmite o solo recibe) entonces únicamente se necesitara un registro.

El microprocesador

Principales características de la arquitectura de los procesadores AMD Phenom™
X4 de Cuatro Núcleos

El primer procesador x86 del mercado con verdadero diseño de Cuatro Núcleos

Verdadero diseño de cuatro núcleos desde el comienzo para mejor comunicación entre núcleos.
BENEFICIO :
Los núcleos pueden comunicarse sobre la pastilla y no sobre el socket para un mejor rendimiento
Plataforma AMD64 con Arquitectura de Conexión Directa
Ayuda a mejorar el rendimiento y la eficiencia del sistema al conectar directamente la memoria del controlador y el dispositivo de E/S al procesador. Diseñada para permitir computación simultánea de 32 y 64 bits Controlador de Memoria Integrado DDR2
BENEFICIOS :
Aumenta el rendimiento de la aplicación al disminuir la latencia de la memoria El rendimiento y el ancho de banda de la memoria escalan hasta igualar las necesidades de computación La tecnología HyperTransport™ ofrece picos de ancho de banda de hasta 16.0 GB/s por procesador —reduciendo los cuellos de botella del dispositivo de E/S Ancho de banda total del procesador al sistema de hasta 33.1 GB/s (Bus HyperTransport + bus de memoria)
Caché Inteligente Balanceada de AMD
Caché L3 compartida Además de los 512 K de caché L2 por núcleo, hasta 2 MB de caché L3 compartida hasta por 4 núcleos.
BENEFICIO:
Tiempos de acceso más cortos a los datos más solicitados para mejor rendimiento.
Acelerador de Punto Flotante de AMD
Unidad de punto flotante (FPU, por sus siglas en inglés) de 128 bits Unidad de punto flotante de alto rendimiento (ruta de datos interna de 128 bits) por núcleo
BENEFICIO:
Ruta de datos mas grande para cálculos de punto flotante más rápidos y mejor rendimiento.
Tecnología HyperTransport™
Un enlace de 16 bits de hasta 4000 MT/s Ancho de banda del dispositivo HyperTransport™ de hasta 8 .0 GB/s; hasta 16.0 GB/s en modo HyperTransport de generación 3.0 Ancho de banda total del procesador al sistema de hasta 33.1 GB/s (Bus HyperTransport bus + bus de memoria)
BENEFICIO:
Tiempos de acceso más cortos a los recursos del sistema para mejor rendimiento.
Controlador DDR2 DRAM integrado con Tecnología de Optimización de Memoria AMD
Controlador de memoria DDR2 integrado de mayor ancho de banda y baja latencia Soporta memoria DIMMs SDRAM PC2-8500 (DDR2-1066); PC2-6400 (DDR2-800), PC2-5300 (DDR2-667), PC2-4200 (DDR2-533) o PC2-3200 (DDR2-400) sin búfer Soporte para memoria DDR2 SDRAM de 64 bits Ancho de banda de memoria de hasta 17.1 GB/s
BENEFICIO:
Rápido acceso a la memoria del sistema para mejor rendimiento.
Virtualización™ AMD (AMD-V™) con Indexación Rápida de Virtualización
Mejoras en el conjunto de características de la pastilla de silicio diseñadas para mejorar el rendimiento, la
confiabilidad y seguridad de los ambientes virtualizados futuros y actuales al permitir aplicaciones virtualizadas
con acceso rápido y directo a su memoria asignada.
BENEFICIO:
Ayuda al software de virtualización a ejecutarse de manera más segura y eficiente cuando tiene que manejar sistemas virtuales.
Tecnología AMD Cool'n'Quiet™ 2.0
Reduce el consumo de energía al desactivar las partes no utilizadas del procesador. Por ejemplo, el controlador
de memoria puede desactivar la lógica de escritura cuando lee de la memoria, ayudando a reducir el consumo
del sistema. Trabaja automáticamente sin necesitar drivers o activación del BIOS. El sistema puede conectarse o desconectarse dentro un ciclo sencillo de reloj, ahorrando energía sin comprometer el rendimiento.
Administración de Energía Dinámica Dual™
Permite capacidades más detalladas de administración de energía para reducir el consumo de energía del
procesador. Planos de energía separados para los núcleos y el controlador de memoria para un óptimo rendimiento y consumo de energía, creando más oportunidades para ahorrar energía dentro de los núcleos y el controlador de memoria.
BENEFICIO:
Ayuda a mejorar la eficiencia de la plataforma al ofrecer rendimiento de memoria sobre demanda al tiempo que permite reducir el consumo de energía del sistema

Todo Microprocesador tiene UNA ESQUINA diferente que se EMPAREJA con su equivalente en el socket de la motherboard

Instalación de la CPU LGA 775 con Clip de MSI y Ventilador

● Confirme que su ventilador de la CPU está firmemente instalado antes de encender su sistema.
● Verifique la información de la temperatura de la CPU en el cuadro PC Health Status de su monitor en la BIOS.
● No toque los pines del socket de la CPU para prevenir daños.
● Siempre que la CPU no esté instalada, proteja los pines del socket con la cubierta plástica (vea la Figura 1) para prevenir daños.
● Note que la durabilidad para encajar / desencajar la CPU es de 20 ciclos. Por lo tanto, sugerimos que no conecte /desconecte la CPU muy seguido.