El procesador

En realidad "procesador" es un término relativamente moderno. Se refiere a lo que en los grandes ordenadores de antaño se conocía como Unidad Central de Proceso UCP (CPU "Central Processin Unit" en la literatura inglesa).  Comenzó siendo del tamaño de un armario, posteriormente se redujo al de una gran caja, después se construyó en una placa de unas 15 x 15 pulgadas.  Finalmente se construyó en un solo circuito integrado encapsulado en un "chip" que se inserta en un zócalo de la placa-base l

El primer microprocesador (Intel 4004) se inventó en 1971. Era un dispositivo de cálculo de 4 bits, con una velocidad de 108 kHz. Desde entonces, la potencia de los microprocesadores ha aumentado de manera exponencial.

FuncionamientoEl procesador (denominado CPU, por Central Processing Unit) es un circuito electrónico que

funciona a la velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a una corriente

eléctrica, envía pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (también denominada ciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un

ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de

la placa madre.

InstruccionesUna instrucción es una operación elemental que el procesador puede cumplir.. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por el procesador. Las instrucciones poseen dos campos: el código de operación, que representa la acción que el procesador debe ejecutar; el código operando, que define los parámetros de la acción. El código operando depende a su vez de la operación. Puede tratarse tanto de información como de una dirección de memoria.

Las instrucciones pueden agruparse en distintas categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes: Acceso a Memoria: acceso a la memoria o transferencia de información entre registros. Operaciones Aritméticas: operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación. Operaciones Lógicas: operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc. Control: controles de secuencia, conexiones condicionales, etc.

RegistrosLos registros más importantes son: el registro acumulador (ACC), que almacena los resultados de las operaciones aritméticas y lógicas; el registro de estado (PSW, Processor Estado: Word o Palabra de Estado del Procesador), que contiene los indicadores de estado del sistema (lleva dígitos, desbordamientos, etc.); el registro de instrucción (RI), que contiene la instrucción que está siendo procesada actualmente; el contador ordinal (OC o PC por Program Counter, Contador de Programa), que contiene la dirección de la siguiente instrucción a procesar; el registro del búfer, que almacena información en forma temporal desde la memoria.

Unidades Funcionales Una unidad de control que vincula la información entrante para luego decodificarla y enviarla a la unidad de ejecución: La unidad de control se compone de los siguientes elementos:

secuenciador (o unidad lógica y de supervisión ), que sincroniza la ejecución de la instrucción con la velocidad de reloj. También envía señales de control: contador ordinal, que contiene la dirección de la instrucción que se está ejecutando actualmente; registro de instrucción, que contiene la instrucción siguiente.

Una unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas que le asigna la unidad de instrucción. La unidad de ejecución se compone de los siguientes elementos:

la unidad aritmética lógica (se escribe ALU); sirve para la ejecución de cálculos aritméticos básicos y funciones lógicas (Y, O, O EXCLUSIVO, etc.); la unidad de punto flotante (se escribe FPU), que ejecuta cálculos complejos parciales que la unidad aritmética lógica no puede realizar; el registro de estado; el registro acumulador.

Una unidad de administración del bus (o unidad de entrada-salida) que administra el flujo de información entrante y saliente, y que se encuentra interconectado con el sistema RAM;

Circuitos IntegradosUna vez combinados, los transistores pueden constituir circuitos lógicos que, al combinarse, forman procesadores. El primer circuito integrado data de 1958 y fue construido por Texas Instruments. Los transistores MOS se componen, entonces, de láminas de silicona (denominadas obleas), obtenidas luego de múltiples procesos. Dichas láminas de silicona se cortan en elementos rectangulares para formar un "circuito". Los circuitos se colocan luego en carcasas con conectores de entrada-salida, y la suma de esas partes compone un "circuito integrado". La minuciosidad del grabado, expresado en micrones (micrómetros, se escribe µm) define el número de transistores por unidad de superficie. Puede haber millones de transistores en un sólo procesador.

Las instrucciones se organizan en líneas en la memoria y se cargan una tras otra. Gracias a la canalización, el procesamiento de instrucciones no requiere más que los cinco pasos anteriores. Dado que el orden de los pasos es invariable (RECUPERACIÓN, DECODIFICACIÓN, EJECUCIÓN, MEMORIA, POST ESCRITURA), es posible crear circuitos especializados para cada uno de éstos en el procesador. El objetivo de la canalización es ejecutar cada paso en paralelo con los pasos anteriores y los siguientes, lo que implica leer la instrucción (RECUPERACIÓN) mientras se lee el paso anterior (DECODIFICACIÓN), al momento en que el paso anterior está siendo ejecutado (EJECUCIÓN) al mismo tiempo que el paso anterior se está escribiendo en la memoria (MEMORIA), y que el primer paso de la serie se registra en un registro (POST ESCRITURA).