casos de estudio de cpu reales

7/17/2019 casos de estudio de cpu reales

http://slidepdf.com/reader/full/casos-de-estudio-de-cpu-reales-568befe09f922 1/40

:v



Partes de una CPU

La CPU se compone de seis elementos clave que trabajan en combinaciónpara procesar y ejecutar comandos.

1.- En primer lugar la unidad de control es el cerebro de la CPU. Esta parterecibe los datos de entrada y decide dónde enviar la in!ormación procesada.

".- En segundo lugar el cac#$ de instrucciones es donde se almacenan las

instrucciones de la unidad de control. Los datos espec%&cos de instrucción secargan en la CPU al momento de !abricarla.

'.- En tercer lugar la unidad de captación previa es el portal de in!ormación.Los datos de entrada pasan a trav$s de la captación previa que almacenauna copia de los datos antes de enviarlos a ser procesados por la unidad decontrol.



En cuarto lugar la unidad de decodi&cación traduce la instrucción deentrada en código binario que luego se env%a al quinto componente

la unidad lógica aritm$tica. La (LU )por sus siglas en *ngl$s+ recibe elcódigo de la unidad de decodi&cación y elige la acción necesaria parallevar a cabo el comando.

La se,ta es la memoria cac#$ de la CPU. (qu% se almacena toda lain!ormación que #a sido enviada recibida o precargada.



Proceso

Una CPU realia una serie de pasos para ejecutar un comando. Cadacomando se maneja de !orma individual y una CPU puede procesarmltiples comandos en cuestión de segundos. /ientras m0s poderosala CPU m0s r0pido se procesan los comandos.



Ejemplo

Un comando se emite por el usuario del sistema utiliando un dispositivo de entrcomo un teclado o un ratón.

( continuación el comando se env%a a la unidad de pre bsqueda. La unidad accede memoria pre cargada de la CPU para identi&car el comando y lo env%a a la unidadmando.

( continuación la unidad de comando determina las medidas que vienen a continuac

Estos datos se transmiten a la unidad de decodi&cación que trans&ere los datoscódigo binario y los env%a a la (LU despu$s la (LU cambia los datos duros encomando real.

( continuación la (LU env%a una copia de la orden de la memoria (/ o 2/ antesenviarla de vuelta a la unidad de mando que env%a el código a la parte del sistema realmente realiar0 la acción. 3inalmente se ejecuta la acción y el resultado se env%aregreso al usuario.



Tipos

E,isten di!erentes tipos de CPU cada tipo viene con di!erentes grados velocidad de memoria e instrucciones preestablecidas. Cuanto m0s gransea la CPU m0s r0pido puede procesar almacenar y ejecutar comandos.

Una CPU de un solo ncleo es la unidad m0s peque4a disponible. encuentra generalmente en peque4os aparatos que sólo realian un simp

conjunto de acciones tales como un control remoto o un juguete. Las CPU de doble ncleo contienen dos unidades de mando y contien

su&ciente energ%a y memoria para las computadoras personales.

Las CPU multi ncleos contienen varias unidades de comandos. Ellas sutiliadas principalmente por grandes dispositivos electrónicos industrialservidores y estaciones de trabajo de red.



Tamaño

El tama4o de la CPU se re&ere al poder de la unidad para realiar tareas y cantidad de espacio de memoria que contiene. El tama4o de la CPU se mide d%gitos binarios y se llaman bits. 2riginalmente las CPU conten%an cuatro bits pelas modernas tienen oc#o.

Las CPU de oc#o bits son los componentes modernos m0s peque4os y lentdisponibles y se utilian sobre todo en juguetes o electrodom$sticos.

Las de 16 y '" bits se #an convertido en el tama4o est0ndar de CPU y se puedencontrar en computadoras personales computadoras port0tiles tel$!oncelulares y otros dispositivos electrónicos que pueden realiar una variedad tareas.

Las CPU de sesenta y cuatro bits son cada ve m0s populares en la gama alta computadoras personales y port0tiles. E,isten las CPU m0s grandes las cuales utilian generalmente para &nes industriales.



*ntroducción a los distintos casos

Una de las primeras decisiones a la #ora de dise4ar un procesador esdecidir cu0l ser0 su juego de instrucciones. Este conjunto deinstrucciones )órdenes+ es el lenguaje que realmente entiende elprocesador y constituye lo que se conoce comolenguaje ensamblador o lenguaje-máquina.



Lenguaje maquina

Consta nicamente de 8 y 1 para su !uncionamiento El lenguajem0quina es el de nivel m0s bajo posible. Las instrucciones en estelenguaje son secuencias binarias que por comodidad puedesescribirlas en #e,adecimal.

El lenguaje m0quina es distinto para cada computador. E,cepto cuando

e,iste compatibilidad entre !amilias



Leguaje ensamblador

9uego de instrucciones e,presado con mnemónicos

9uego de instrucciones )*+

El juego de instrucciones debe ser:

Capa de realiar una tarea computable en tiempo &nito

E&ca )alta velocidad de c0lculo+



Lenguaje ensamblador

ipos de instrucciones:

*nstrucciones de trans!erencia

*nstrucciones de bi!urcación

*nstrucciones aritm$ticas y lógicas

*nstrucciones de comparación y de bit

*nstrucciones de desplaamiento

*nstrucciones de entrada;salida

*nstrucciones de control



Puntos importantes

La decisión es trascendente por dos raones.

Primero: el juego de instrucciones decide el dise4o !%sico del conjunto.

5egundo: cualquier operación que deba ejecutarse con el procesadordeber0 poder ser descrita en t$rminos de este <lenguaje<

elemental )recuerde que los compiladores e int$rpretes son en realidadtraductores desde el lenguaje de alto nivel )!uente+ a este lenguaje-m0quina.



CISC Y RISC

La primera conduce a m0quinas denominadas CISC )<Comple,*nstruction 5et Computer<+=

las m0quinas construidas segn el otro criterio sedenomina RISC )<educed *nstruction 5et Computer<+.



C*5C

Como puede deducirse de sus propios nombres lasm0quinas CISC utilian instrucciones muy complejas dir%amos quemuy descriptivas y espec%&cas lo que necesariamente se traduce envarias consecuencias:

El lenguaje debe contener un amplio surtido de ellas )una para cada

circunstancia distinta+. 5on instrucciones complejas por tanto de ejecución lenta.

La circuiter%a del procesador tambi$n es compleja.

Para un trabajo espec%&co se requieren pocas instrucciones )siempre#ay una que resuelve el problema+.



*5C

Las m0quinas RISC representan el en!oque opuesto. Utilianinstrucciones muy simples que deben ser cuidadosamente escogidasporque cualquier operación debe ser e,presada como una secuenciade estas pocas instrucciones. Las consecuencias son justamenteopuestas a las anteriores:

El lenguaje contiene un conjunto peque4o de instrucciones. Las instrucciones son muy simples por tanto de ejecución r0pida.

La circuiter%a es m0s simple que en los procesadores C*5C.

Para cualquier operación se requieren varias instruccioneselementales.



Conclusión de C*5C y *5C

>aturalmente cada criterio tiene sus pros y sus contras en lo que arendimiento se re&ere. En las m0quinas CISC lentitud de cadainstrucción !rente a poca cantidad de ellas= en las RISC rapideindividual aunque #ay que ejecutar un mayor nmero.



INSTRUCCIN Y CIC!" #$INSTRUCCIN

Una instrucción es una orden que emite el programador al procesadorpara que ejecute una de las operaciones que !orman parte de surepertorio. La instrucción debe especi&car la operación a realiar ycómo obtener los datos u operandos para realiarla.

Para este &n la instrucción debe tener una estructura lógica

denominada !ormato de instrucción que se estudiar0 m0s adelante. Lasecuencia de pasos que sigue el procesador para ejecutar unainstrucción se denomina Ciclo de *nstrucción.



Ciclo de instrucción

El Ciclo de *nstrucción se pueden organiar en dos bloques o !ases deacuerdo a la acción que ocurre. La primera !ase denominada 3EC? ode Carga. Corresponde a los pasos necesarios para cargar lainstrucción desde la memoria al procesador. La segunda !asedenominada E@ECUE corresponde a aquellos pasos que permitenejecutar la operación en s% y almacenar el resultado.



3ases del ciclo de instrucción

1.- 3(5E 3EC?

Cargar la siguiente instrucción

*ncrementar el secuenciador

*nterpretar la *nstrucción

".- 3(5E E@ECUECargar los operandos

Ejecutar la operación

Auardar el resultado

Beri&car si #ay solicitudes de interrupción



%$RC&#" #$ PR"C$S&#"R$S'

(unque los procesadores *ntel y (/ comparten dos arquitecturas comunes,D6)utiliada en los procesadores de '" bits y en los de 6 bits que actanen el modo de '" bits+ y ,6)una e,tensión de ,D6 que permite arc#ivos m0sgrandes mayores tama4os de memoria y programas m0s complejos+ estas!amilias de procesadores di&eren en muc#os sentidos como:

Fócalos de procesador distinto.

ipos de micro código di!erentes.

i!erencias en los dise4os de doble ncleo o multincleo.

ama4os de cac#e.

endimiento !rente a la velocidad del reloj.



*ntel

Procesadores *ntel.

Entre los procesadores *ntel desarrollados desde el "888 #asta la actualidad seencuentran las siguientes !amilias de productos:

Pentium ***

Pentium *B

Pentium Celeron

Core " uo

Core " Guad

La tecnolog%a Centrino de *ntel consiste en una combinación del Core " uo y ciertosc#ipsets de *ntel creados para los ordenadores port0tiles



(/

Procesadores (/.

Los Procesadores (/ contempor0neos de los de *ntel Pentium *** y sus sucesores pertenecen a lasiguientes !amilias #asta mediados del "88D:

(t#lon

uron

(t#lon @P

5empron (t#lon 6

(t#lon 6 3@

(t#lon 6 @"

P#enom @'

P#enom @



Tecnolog(as de CPU'

ecnolog%a ? )?yper#reading+.

>cleo oble y /ltiple.

egulación del Procesador.

2verclocH.

Cac#$ /odulo egulador de Boltaje )B/+.

3recuencia de eloj y rendimiento.

'" Iits !rente a 6 Iits.



ecnolog%a ? )?yper#reading+.

La ecnolog%a ?yper#reading la desarrolló *ntel para el procesamientode dos #ilos de ejecución dentro de un solo procesador. En esenciacuando la tecnolog%a ? est0 #abilitada en el I*25 del sistema y elprocesador est0 ejecutando una aplicación multi#ilo lo que est0#aciendo es emular dos procesadores !%sicos

Todos los chips Pentium 4 con numero de procesador

admiten la tecnología HT, igual que modelos más antiguos

con FSB de 800 MH ! "recuencia de relo# de $,0% &H o

superior



>cleo oble y /ltiple.

Un sistema con dos o m0s procesadores !%sicos puede trabajar muc#om0s r0pido en multitarea o al ejecutar aplicaciones multi#ilo. 5inembargo los ordenadores con procesadores mltiples son muy caros de!abricar y algunos sistemas operativos no admiten variosprocesadores



egulación del Procesador.

>o es necesario que los procesadores a toda velocidad cuando tienenpocas tareas que realar o ninguna. educiendo o regulando la!recuencia de reloj del procesador cuando #ay poco trabajo el c#ip!unciona a menos temperatura el sistema gasta menos energ%a y enel caso de los ordenadores port0tiles la bater%a dura m0s. Laregulación veces conocida como regulación t$rmica tambi$n puede

producirse cuando el procesador se calienta demasiado para que elsistema de re!rigeración del ordenador !uncione de !orma correcta.

*ntel emplea los t$rminos 5peed5tep y En#anced 5peed5tep para sustecnolog%as de regulación de procesador (/ #a optado por el nombrede CoolJGuiet.



2verclocH.

2verclocH es un t$rmino ingl$s que alude a la pr0ctica de #acer!uncionar un procesador u otro componente como la memoria o launidad de procesamiento gra&co )APU+ de una tarjeta de video avelocidades superiores a la normal.

Las t$cnicas utiliadas con procesadores son aumentar el multiplicador

del reloj o #acer !uncionar el Ius delantero )35I+ a !recuenciassuperiores a la normal. Estos cambios se realian modi&cando losajustes normales en la con&guración del I*25 del sistema para elprocesador.



Cac#$

La memoria cac#e como se #a mencionado anteriormente mejora elrendimiento del sistema ya que permite que el procesador reutiliceubicaciones de memoria recuperadas recientemente sin necesidad debuscarlas en la memoria principal. Los procesadores de *ntel y (/tienen al menos dos niveles de cac#$:



>iveles de la cac#e

La cac#e de nivel 1)L1+ est0 integrada en el ncleo del procesador. La cac#L1 es relativamente peque4a )entre D y 6 KI+. Cuando el procesadornecesita acceder a memoria comprueba primero el contenido de la cac#$ L

La cac#$ de nivel " )L"+ tambi$n est0 integrada en el procesador. En losprocesadores de ranura antiguos la cac#$ L" era e,terna al molde delprocesador y !uncionaba a velocidades menores que este. En procesadores

ócalo la cac#$ L" est0 integrada en el molde del procesador. 5i elprocesador no encu$ntralas ubicaciones de memoria deseadas en la cac#e a continuación mira en L".

La cac#e de nivel ' )L'+ se encuentra en algunos procesadores derendimiento muy alto y tambi$n est0 integrada en el molde del procesador.sistemas con cac#$ L' el procesador comprueba esa memoria esa memoridespu$s de mirar en L1 y L".



/odulo egulador de Boltaje )B/+.

esde las versiones 5ocHet de *ntel Pentium los procesadores no #anrecibido la corriente directamente desde la !uente de alimentación. Enlugar de ello se usa un dispositivo llamado modulo regulador devoltaje )B/+ para reducir la corriente de MB o 1"B de la !uente dealimentación a la potencia que solicita el procesador a trav$s de suidenti&cador de voltaje )B*+.



3recuencia de eloj y rendimiento.

La !recuencia de reloj en relación a un procesador o microprocesadorindica la !recuencia a la cual los transistores que lo con!ormanconmutan eleNtricamente es decir abren y cierran el Oujo de unacorriente el$ctrica

Una medida comn del rendimiento del procesador es la !recuencia dereloj. 5in embargo ese dato puede ser enga4oso.

Por ejemplo los procesadores *ntel Core " uo y (/ (t#lon 6 @"realian las tareas de computación muc#o m0s r0pido que el Pentium a pesar de que la !recuencia de reloj de Pentium es muc#o mayor.



'" Iits !rente a 6 Iits.

Los procesadores desarrollados antes del (/ (t#lon 6 se dise4aronpara sistemas operativos y aplicaciones de '" Iits. El so!tare de '"bits no puede acceder a m0s de AI de (/ )de #ec#o los programasQindos de '" bits solamente pueden utiliar '"M AI de (/+ lo quedi&culta el trabajo con arc#ivos de datos grandes pues solo se puedecargar una parte del arc#ivo si este es m0s grande que el tama4om0,imo de la memoria.



C"%" $SC")$R $! %$*"RPR"C$S&#"R'

endimiento

(suntos t$rmicos.

Compatibilidad con '" bits o 6 bits),6+.

2tras caracter%sticas del procesador.



endimiento

5i necesita un sistema que pueda manejar gr0&cos y video de altaresolución y realiar muc#os c0lculos num$ricos consiga elprocesador de doble ncleo o multincleo m0s r0pido dentro de susposibilidades. 5in embargo si sus necesidades no son tan altas puedea#orrarse dinero optando por un procesador de la misma !amilia conmenor !recuencia de reloj o memoria cac#e.



(suntos t$rmicos.

?ay disponibles muc#os modelos de procesador en dos o m0sversiones que se di!erencian en sus requerimientos t$rmicos= esto esel tipo de disipador de calor activo necesario para re!rigerarlos y lacantidad de corriente )en vatios+ que precisan para !uncionar.

C ibilid d '" bi 6



Compatibilidad con '" bits o 6bits),6+.

( menos que pretenda construir el ordenador m0s barato posible leresultara di!%cil encontrar procesadores solo de '" bits actualmente.5in embargo si su intención es modi&car sistemas e,istentes tal vetenga que determinar cuales incluyen procesadores con soporte aoperaciones de 6 bits y cuales !uncionan solo con '" bits.



2tras caracter%sticas del procesador.

2tras consideraciones importantes que pueden ser caracter%sticas deprocesador como >@ )>o ejecutar que proporciona protección basadaen #ardare !rente a algunos tipos de virus y so!tare malicioso+ y lavirtualiación basada en #ardare )que permite a un solo procesadordividirse en mltiples m0quinas virtuales sin disminuir en e,ceso lavelocidad+. Compruebe las especi&caciones proporcionadas por los

!abricantes para determinar las caracter%sticas e,actas de unprocesador.



Conclusi+n

La !orma en que se reparte el uso de la CPU entre los procesos tiene unenorme impacto en el rendimiento de un sistema multiprogramadopor lo que siempre se #a prestado una gran atención a las pol%ticas deplani&cación que se implementan y se #an elaborado multitud deconceptos relacionados con ello. El estudio de estas pol%ticas es elobjeto de este cap%tulo. 5e presta tambi$n atención a la plani&cación

en multiprocesadores que a4ade una dimensión espacial al problemay a la plani&cación de tiempo real.

casos de estudio de cpu reales

Documents