El microprocesador es un circuito integrado digital que puede programarse con una serie de instrucciones para que realice diversas operaciones con los datos. Un microprocesador es la CPU de una computadora. Puede llevar a cabo operaciones aritméticas y lógicas, desplazar datos de un lugar a otro y tomar decisiones basándose en ciertas instrucciones.
Elementos básicos
Un microprocesador está compuesto por varias unidades, diseñada cada una de ellas para realizar un trabajo específico. Las unidades específicas, junto con su diseño y organización se denominan arquitectura de la computadora.
La arquitectura determina el conjunto de instrucciones y el procedimiento que se sigue para ejecutar esas instrucciones. Cuatro unidades básicas que son comunes a todos los microprocesadores son la unidad aritmético lógica (ALU, Arithmetic Logic Unit), el decodificador de instrucciones, la matriz de registros y la unidad de control, como se muestra en la Figura 12.3.
Unidad aritmético-lógica. La ALU es el elemento de procesamiento clave del microprocesador. Realiza, dirigida por la unidad de control, operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división) y operaciones lógicas (NOT, AD, OR y OR-exclusiva), así como muchos otros tipos de operaciones. Los datos con los que trabaja la ALU se obtienen de la matriz de registros.
Decodificador de instrucciones. El decodificador de instrucciones puede considerarse parte de la ALU, aunque en nuestras explicaciones lo consideraremos una función separada, porque las instrucciones y la decodificación de las mismas resultan cruciales para la operación de un microprocesador. El microprocesador lleva a cabo una determinada tarea bajo control de una serie de programas que están compuestos por listas de instrucciones almacenadas en memoria. El decodificador de instrucciones toma cada instrucción binaria en el orden en el que aparece en la memoria y la decodifica.
Matriz de registros. La matriz de registros es una colección de registros contenida en el microprocesador.Durante la ejecución de un programa, los datos y las direcciones de memoria se almacenan temporalmente en los registros que forman esta matriz. La ALU puede acceder a esos registros muy rápidamente, lo que permite que el programa se ejecute de forma más eficiente. Algunos registros se consideran de propósito general, lo que quiere decir que pueden ser empleados para cualquier propósito dictado por el programa. Otros registros tienen funciones y capacidades específicas y no pueden emplearse como registros de propósito general.
Existen, por último, otros registros denominados registros invisibles para el programa, que sólo el microprocesador emplea y que no están disponibles para el programador.
Unidad de control. La unidad de control está “a cargo” del procesamiento de las instrucciones una vez que se han decodificado. Proporciona las señales de temporización y de control para introducir y extraer datos en el microprocesador y para sincronizar la ejecución de las instrucciones.
PROGRESO TECNOLOGICO.
El primer microprocesador, el Intel 4004, fue presentado en 1971. Básicamente, lo único que podía hacer era suma y restar de cuatro en cuatro bits. En 1974, el Intel 8080 se convirtió en el primer microprocesador utilizado como CPU en una computadora. El chip 8080 tenía 6000 transistores, un bus de datos de 8 bits y funciona con una frecuencia de reloj de 2 MHz. El 8080 podía ejecutar unos 0,64 millones de instrucciones por segundo (MIPS, Million Instructions Per Second). La familia Intel ha evolucionado desde el 8080, pasando por varias generaciones de procesadores distintos, hasta llegar al Pentium 4. Este último microprocesador (aunque puede que ya no sea el último cuando este libro llegue a manos del lector) contiene unos 42.000.000 de transistores en el chip y un bus de datos de 64 bits. Funciona con frecuencias de reloj de hasta 3 GHz o más y puede ejecutar aproximadamente 1700 MIPS. Los conjuntos de instrucciones también han evolucionado enormemente, pero el Pentium 4 puede ejecutar cualquier código de instrucción que se ejecutara en el 8086, que es el dispositivo que apareció en el mercado en 1979, después del 8080.
El número de transistores disponible tiene un tremendo impacto sobre las prestaciones y el tipo de tareas que el procesador puede llevar a cabo. Por ejemplo, el gran número de transistores que puedan incorporarse en un mismo chip ha hecho que sea posible una tecnología denominada pipelining. Básicamente, la tecnología pipelining permite que en un momento determinado haya más de una instrucción en proceso de ejecución.
Fuente: Fundamentos De Sistemas Digitales-Floyd 9a Edición.