ensamblaje y mantenimiento de computadoras microprocesador universidad catolica boliviana san pablo...

ENSAMBLAJE Y MANTENIMIENTO DE COMPUTADORASENSAMBLAJE Y MANTENIMIENTO DE COMPUTADORASMICROPROCESADORMICROPROCESADOR

UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA SAN UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA SAN PABLOPABLOGESTIÓN - 2006GESTIÓN - 2006

EL MICROPROCESADOR

Dictado por: Dictado por: Ing. Carlos Alcalá HelgueroIng. Carlos Alcalá HelgueroConsultas: Consultas: [email protected]@ucbcba.edu.bo

ENSAMBLAJE Y MANTENIMIENTO DE COMPUTADORASENSAMBLAJE Y MANTENIMIENTO DE COMPUTADORASMICROPROCERSADORMICROPROCERSADOR


MicroprocesadoresMicroprocesadores

Una aproximación a los Principales Fabricantes Una aproximación a los Principales Fabricantes Intel, AMD, y Cyrix Intel, AMD, y Cyrix

Aspectos Principales a Considerar en un Aspectos Principales a Considerar en un MicroprocesadorMicroprocesador– Caracteristicas (ALU, FPU)Caracteristicas (ALU, FPU)– Encapsulamiento (Package)Encapsulamiento (Package)– Core voltage (Voltage del nucleo)Core voltage (Voltage del nucleo)– Front side bus clock speedFront side bus clock speed– Internal clock speed (Frecuencia de Trabajo Interna) Internal clock speed (Frecuencia de Trabajo Interna) – Configuración del CacheConfiguración del Cache



Cómo los registros Cómo los registros afectan la velocidadafectan la velocidad

El tamaño del registro o tamaño de palabra: El tamaño del registro o tamaño de palabra:

Indica la cantidad de datos con los que puede trabajar la Indica la cantidad de datos con los que puede trabajar la computadora en cualquier momento.computadora en cualquier momento.ALU: incluye ubicaciones de memoria de alta velocidad que ALU: incluye ubicaciones de memoria de alta velocidad que conservan los datos procesados en ese momento.conservan los datos procesados en ese momento.Un bus de dirección de 32 bits puede direccionar 4Gb de RAM = Un bus de dirección de 32 bits puede direccionar 4Gb de RAM = 2^322^32

Procesadores de 32 bits o de 64 bits.Procesadores de 32 bits o de 64 bits.



IntelIntel

Sus Procesadores dominan la mayor parte del Sus Procesadores dominan la mayor parte del mercado de microprocesadores de escritoriomercado de microprocesadores de escritorio

Familia de Procesadores PentiumFamilia de Procesadores Pentium– Pentium (P5)Pentium (P5)– Pentium (P54C)Pentium (P54C)– Pentium MMX (P55C)Pentium MMX (P55C)– Pentium ProPentium Pro– Pentium IIPentium II– Pentium IIIPentium III– Pentium 4Pentium 4



Diagrama de Bloques de un Microprocesador Diagrama de Bloques de un Microprocesador PentiumPentium



Pentium (P5)Pentium (P5)

CaracteristicasCaracteristicas– Bus de Datos de 64bitsBus de Datos de 64bits– Pipelined (Segmentado)Pipelined (Segmentado)– Procesador Superscalar (2 pipelines)Procesador Superscalar (2 pipelines)

Packaging (Encapsulamiento)Packaging (Encapsulamiento)– 273 pin PGA (Pin Grid Array)273 pin PGA (Pin Grid Array)– Socket 4Socket 4

Core voltage (5 volts)Core voltage (5 volts)Front Side Bus (60 or 66 MHz)Front Side Bus (60 or 66 MHz)Frecuencia Interna (60 or 66 MHz)Frecuencia Interna (60 or 66 MHz)Cache (L1-8KB L2-8KB )Cache (L1-8KB L2-8KB )



Los Pins de un Microprocesador PentiumLos Pins de un Microprocesador Pentium



Pentium (P54C)Pentium (P54C)

Caracteristicas AdicionalesCaracteristicas Adicionales– Se agregaron multiplicadores de frecuencia de Se agregaron multiplicadores de frecuencia de

Reloj Internas Reloj Internas – Incompatible con Placas Madre P5Incompatible con Placas Madre P5

Encapsulamiento (Packaging)Encapsulamiento (Packaging)– 296 pin SPGA (Staggered Pin Grid Array)296 pin SPGA (Staggered Pin Grid Array)– Soporte para Socket 5 / 7Soporte para Socket 5 / 7

Voltage de nucleo (3.3 v)Voltage de nucleo (3.3 v)Front Side Bus (50, 60, or 66 MHz)Front Side Bus (50, 60, or 66 MHz)



Pentium (P54C)Pentium (P54C)

Frecuencia InternaFrecuencia Interna– 75 MHz (50 MHz x 1.5)75 MHz (50 MHz x 1.5)– 90 MHz (60 MHz x 1.5)90 MHz (60 MHz x 1.5)– 100 MHz (66 MHz x 1.5)100 MHz (66 MHz x 1.5)– 120 MHz (60 MHz x 2)120 MHz (60 MHz x 2)– 133 MHz (66 MHz x 2)133 MHz (66 MHz x 2)– 150 MHz (60 MHz x 2.5)150 MHz (60 MHz x 2.5)

El cache se Mantuvo sin cambio (L1-8kb El cache se Mantuvo sin cambio (L1-8kb L2-8kb)L2-8kb)



Pentium MMX (P55C)Pentium MMX (P55C)

CaracteristicasCaracteristicas– Se agrego soporte para instrucciones MultimediaSe agrego soporte para instrucciones Multimedia

Encapsulamiento (Packaging)Encapsulamiento (Packaging)– 296 pin SPGA (Staggered Pin Grid Array)296 pin SPGA (Staggered Pin Grid Array)– Socket 7 – VRM (Voltage Regulator Module)Socket 7 – VRM (Voltage Regulator Module)

Voltage del Nucleo (1.8 to 2.8 volts)Voltage del Nucleo (1.8 to 2.8 volts)Front Side Bus (60 or 66 MHz)Front Side Bus (60 or 66 MHz)Frecuencia interna (166, 200, and 233 MHz)Frecuencia interna (166, 200, and 233 MHz)Cache (L1-16kB Interno y 256 o 512 kB L2 Cache (L1-16kB Interno y 256 o 512 kB L2 Externo en la Mo.Bo.)Externo en la Mo.Bo.)



Pentium IIPentium II

CaracteristicasCaracteristicasEncapsulamientoEncapsulamiento– SEC (Single Edge Contact) CartuchoSEC (Single Edge Contact) Cartucho– Slot 1 – VRM (Voltage Regulator Module)Slot 1 – VRM (Voltage Regulator Module)

Core voltage (VRM)Core voltage (VRM)Front Side Bus Speed (66 or 100 MHz)Front Side Bus Speed (66 or 100 MHz)Frecuencia de Reloj (233, 300, 333, 350, 366, Frecuencia de Reloj (233, 300, 333, 350, 366, 400 and 450 MHz)400 and 450 MHz)Cache (16-kB L1 y 256 or 512 kB L2 en el Cache (16-kB L1 y 256 or 512 kB L2 en el cartucho SEC)cartucho SEC)



Pentium II Pentium II



Dentro del cartucho del Pentium IIDentro del cartucho del Pentium II



Pentium IIIPentium IIICaracteristicasCaracteristicas– Se agrego soporte para instrucciones de tipo SSE (Streaming SIMD Se agrego soporte para instrucciones de tipo SSE (Streaming SIMD

Extension)Extension)– bus GTL+ (Gunning Transceiver Logic) que corre a una velocidad de 100Mhz bus GTL+ (Gunning Transceiver Logic) que corre a una velocidad de 100Mhz – 3 unidades de descodificación de instrucciones (Compleja , Simple, Simple)3 unidades de descodificación de instrucciones (Compleja , Simple, Simple)

Simple si es representada por una microOp Simple si es representada por una microOp Compleja si puede ser representada por menos de 4 MicroOpCompleja si puede ser representada por menos de 4 MicroOp

Transferencia de datos por el bus en ráfagas de 32 BytesTransferencia de datos por el bus en ráfagas de 32 Bytesdos unidades de coma flotante una de la cuales esta dotada de pipeline y dos unidades de coma flotante una de la cuales esta dotada de pipeline y la otra parcialmente dotada de pipeline la otra parcialmente dotada de pipeline EncapsulamientoEncapsulamiento– SEC, PPGA, FC-PGASEC, PPGA, FC-PGA– Slot 1, Socket 370, Slot 2Slot 1, Socket 370, Slot 2

voltage (VRM)voltage (VRM)Front Side Bus (100 and 133 MHz)Front Side Bus (100 and 133 MHz)Frecuencoia de Relog (450 MHz – 1 GHz)Frecuencoia de Relog (450 MHz – 1 GHz)Cache (16-kB L1 y diversas cantidades en L2) segun el modelo y la Cache (16-kB L1 y diversas cantidades en L2) segun el modelo y la evoluciondel mismoevoluciondel mismo



Caracteristicas del Caracteristicas del procesador Intel Pentiumprocesador Intel Pentium



Intel Especificacion de SocketIntel Especificacion de Socket



Pentium Velocidad de RelojPentium Velocidad de Reloj



Intel Pentium 4Intel Pentium 4



Pentium 4Pentium 4

CaracteristicasCaracteristicas– IA-32 Arquitectura NetBurstIA-32 Arquitectura NetBurst– Disipa aproximadamente 55 watts de potenciaDisipa aproximadamente 55 watts de potencia

EncapsulamientoEncapsulamiento– PGAPGA– Socket 370 modificado (socket 423), actualmente Socket 370 modificado (socket 423), actualmente

socket 478socket 478

Voltage del nucleo (1.7 volts - VRM)Voltage del nucleo (1.7 volts - VRM)Front Side Bus(400 MHz)Front Side Bus(400 MHz)Frecuencia (> 1.4 GHz)Frecuencia (> 1.4 GHz)Cache (dos 8-kB L1 y 256-kB L2)Cache (dos 8-kB L1 y 256-kB L2)



Caracteristicas de Hardware:Caracteristicas de Hardware:(Microarquitectura NetBurst)(Microarquitectura NetBurst)

Hyper pipelined Hyper pipelined technology (Tecnologia technology (Tecnologia Hipersegmentada)Hipersegmentada)Ejecucion dinamica Ejecucion dinamica avanzadaavanzada3 level Cache (data, L1, 3 level Cache (data, L1, L2)L2)Diversas Unidades de Diversas Unidades de ejecucion ALU ejecucion ALU FSB de 400/533/800 FSB de 400/533/800 MHz MHz Microcodigo en ROMMicrocodigo en ROM



3 level Cache3 level Cache

Cache data: 8KB de cache de datosCache data: 8KB de cache de datos

Cache 2 : L1 Execution Trace CacheCache 2 : L1 Execution Trace Cache– 12K para micro-instrucciones (UOP) 12K para micro-instrucciones (UOP) – Almacenadas para evitar tener que traducir estas.Almacenadas para evitar tener que traducir estas.

Cache 3 : L2 Advanced Transfer CacheCache 3 : L2 Advanced Transfer Cache– 256K para datos256K para datos– 256-bit por cada ciclo de Reloj256-bit por cada ciclo de Reloj

Permite una transferencia de 77GB/s a una frecuencia Permite una transferencia de 77GB/s a una frecuencia interna de 2.4GHzinterna de 2.4GHz



Caracteriticas Multimedia:Caracteriticas Multimedia:

Provee Extenciones Multimedia (MMX)Provee Extenciones Multimedia (MMX)– 8 Registros MMX 8 Registros MMX

Streaming SIMD Extensions (SSE2)Streaming SIMD Extensions (SSE2)– 8 registros SSE/SSE2 8 registros SSE/SSE2

Registros x86 EstandaresRegistros x86 Estandares– EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, etc.EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, etc.– Mapeo o Rename de Registros hasta 100Mapeo o Rename de Registros hasta 100



Extenciones Multimedia MMXExtenciones Multimedia MMX

Performance acelerado gracias SIMDPerformance acelerado gracias SIMD multimedia, communicaciones, internet, etcmultimedia, communicaciones, internet, etc

datos Empaquetados endatos Empaquetados en 64 64-bit (Enteros) -bit (Enteros) – Con signo/sin signoCon signo/sin signo



PROCESADORES P4 PROCESADORES P4 ULTIMA GENERACIONULTIMA GENERACION



Procesadores AMDProcesadores AMD



Cronología AMDCronología AMD

En 1993 AMD introduce los primeros miembros de la familia AM-486 En 1993 AMD introduce los primeros miembros de la familia AM-486 y nace el proyecto de AMD-K5.y nace el proyecto de AMD-K5.En 1997 AMD introduce al mercado el AMD-K6.En 1997 AMD introduce al mercado el AMD-K6.En 1998 AMD revela el AMD-Athlon, siendo lanzado al mercado en En 1998 AMD revela el AMD-Athlon, siendo lanzado al mercado en 19991999..En esta etapa Amd. Introdujo una gran innovación en lo referente a la ejecución y En esta etapa Amd. Introdujo una gran innovación en lo referente a la ejecución y decodificación de instrucciones x86 decodificación de instrucciones x86 Todas las CPUs modernas x86 toman operaciones Todas las CPUs modernas x86 toman operaciones complejas CISC y las decodifican a instrucciones RISC mas compactas y que son complejas CISC y las decodifican a instrucciones RISC mas compactas y que son decodificadas y ejecutadas mas eficientemente decodificadas y ejecutadas mas eficientemente



AMD-K5AMD-K5

Primer Procesador de la gama Pentium de Primer Procesador de la gama Pentium de 64 bits.64 bits.AMD adoptó en estos procesadores al AMD adoptó en estos procesadores al marcado de velocidad por comparación marcado de velocidad por comparación con el equivalente de Intel, y no por la con el equivalente de Intel, y no por la frecuencia real interna del procesador y se frecuencia real interna del procesador y se lanzaron versiones K5 PR-75 a K5 PR-166 lanzaron versiones K5 PR-75 a K5 PR-166 con los mismos estadios intermedios de con los mismos estadios intermedios de velocidad que los procesadores Intel.velocidad que los procesadores Intel.Las prestaciones de este procesador son Las prestaciones de este procesador son inferiores a las de los procesadores inferiores a las de los procesadores Pentium sin MMX, aunque mejores que la Pentium sin MMX, aunque mejores que la de los CYRIX 6x86 en operaciones de de los CYRIX 6x86 en operaciones de coma flotante (Coprocesador matemático).coma flotante (Coprocesador matemático).



AMD K6-2 AMD K6-2 El AMD-K6 es un chip socket 7, es decir, se El AMD-K6 es un chip socket 7, es decir, se instala en un zócalo de dicho tipo, el mismo instala en un zócalo de dicho tipo, el mismo que usa el Pentium MMX.que usa el Pentium MMX.Ambos chips incorporan las extensiones Ambos chips incorporan las extensiones MMX. En cuanto a velocidades, el AMD-K6 MMX. En cuanto a velocidades, el AMD-K6 existe en versiones desde 166 a 300 MHZ.existe en versiones desde 166 a 300 MHZ.

Más rápido y polivalente que el AMD-K6, al Más rápido y polivalente que el AMD-K6, al que aventaja gracias a que utiliza 100 MHZ que aventaja gracias a que utiliza 100 MHZ para la memoria y la caché y además para la memoria y la caché y además incorpora las nuevas instrucciones, las 3D incorpora las nuevas instrucciones, las 3D Now!, que aceleran los juegos 3D que Now!, que aceleran los juegos 3D que incorporen soporte para este chip o se incorporen soporte para este chip o se jueguen bajo DirectX o tengan drivers de jueguen bajo DirectX o tengan drivers de vídeo optimizados para el chip. El vídeo optimizados para el chip. El rendimiento del K6-2 es prácticamente rendimiento del K6-2 es prácticamente idéntico al de un Pentium II de su misma idéntico al de un Pentium II de su misma velocidad de reloj e incluso superior en velocidad de reloj e incluso superior en juegos 3D optimizados, como la última juegos 3D optimizados, como la última versión de Quake II.versión de Quake II.



AMD K6-IIIAMD K6-III

Ofrece desempeño líder en Ofrece desempeño líder en Windows 98 y Windows NT y Windows 98 y Windows NT y supera al procesador móvil supera al procesador móvil Pentium II más rápido de Intel Pentium II más rápido de Intel por un índice de 45% según la por un índice de 45% según la prueba de performance prueba de performance CPUMark 99 de Ziff-Davis Inc.CPUMark 99 de Ziff-Davis Inc.

Incorpora, además, el diseño Incorpora, además, el diseño de TriLevel Caché de AMD, de TriLevel Caché de AMD, que da lugar a un rendimiento que da lugar a un rendimiento de alta calidad.de alta calidad.



AMD-Athlon XPAMD-Athlon XP

Arquitectura QuantiSpeed Arquitectura QuantiSpeed para mayor rendimiento. para mayor rendimiento. Microarquitectura de Microarquitectura de procesador x86.procesador x86.Tecnología 3DNow! Tecnología 3DNow! Professional para la Professional para la ejecución avanzada de 3D.ejecución avanzada de 3D.aproximadamente 37.5 aproximadamente 37.5 millones de transistores en millones de transistores en 128mm2. (die size)128mm2. (die size)Fabricado utilizando la Fabricado utilizando la tecnología vanguardista de tecnología vanguardista de proceso de cobre de 0.18 proceso de cobre de 0.18 micras de AMD.micras de AMD.



AMD-Athlon 64-X2AMD-Athlon 64-X2

Nuevo Micro AMD Athlon™ 64 X2 Nuevo Micro AMD Athlon™ 64 X2 Dual-Core.Dual-Core. La nueva tecnología de AMD de doble La nueva tecnología de AMD de doble nucleo esta dirigida a usuarios nucleo esta dirigida a usuarios avanzados y a entusiastas de los avanzados y a entusiastas de los medios digitales, así como a aquellos medios digitales, así como a aquellos que utilizan muchas aplicaciones de que utilizan muchas aplicaciones de software simultáneamente, mejorando software simultáneamente, mejorando el rendimiento hasta en un 80% en el rendimiento hasta en un 80% en sistemas digitales. Hazte a la idea del sistemas digitales. Hazte a la idea del rendimiento que pueden generar, rendimiento que pueden generar, realmente son dos procesadores en realmente son dos procesadores en una sola cápsula, como un servidor una sola cápsula, como un servidor DUAL.DUAL.



AMD-Athlon 64AMD-Athlon 64

ATHLON 64 Bits en Socket 939 / ATHLON 64 Bits en Socket 939 / 940940– Athlon 3000/3200/3500/3800. Athlon 3000/3200/3500/3800.

Procesador 64 Bits, 128 + 512/1Mb Procesador 64 Bits, 128 + 512/1Mb cache, 2/2.2 Ghz Frecuencia. cache, 2/2.2 Ghz Frecuencia. Socket Socket 939.939.

Athlon FX53. Athlon FX53. Procesador 64 Bits, 128 + 1Mb cache, Procesador 64 Bits, 128 + 1Mb cache, 2.4 Ghz Frecuencia. Socket 940. Dual 2.4 Ghz Frecuencia. Socket 940. Dual ChannelChannel

ATHLON 64 Bits en Socket 754ATHLON 64 Bits en Socket 754– Athlon 3000/3200/3400/3700. Athlon 3000/3200/3400/3700.

Procesador 64 Bits, 128 + Procesador 64 Bits, 128 + 512/1Mb cache, 2/2.2 Ghz 512/1Mb cache, 2/2.2 Ghz Frecuencia. Socket 939. Frecuencia. Socket 939.



AMD-Athlon 64AMD-Athlon 64

Procesadores Opteron 64 Procesadores Opteron 64 BitsBits– 64 Bits de proceso, 1MB de 64 Bits de proceso, 1MB de

caché, y Bus Frontal de caché, y Bus Frontal de 800Mhz.800Mhz.

– La gama Dual es necesaria si se La gama Dual es necesaria si se quiere montar un servidor con quiere montar un servidor con más de un procesador.más de un procesador.

– Los Opteron MonoProceso no Los Opteron MonoProceso no admiten ser montados en admiten ser montados en placas base con más de un placas base con más de un procesador. procesador.



Características Principales



AMD Athlon™ XP processor AMD Athlon™ XP processor Arquitectura QuantiSpeed™ Arquitectura QuantiSpeed™ conjunto de 4 conjunto de 4 diferentes tecnologías diferentes tecnologías – Translation Look-aside Buffers (TLBs) exclusivos y Translation Look-aside Buffers (TLBs) exclusivos y

especulativos especulativos – Una Floating-Point Unit (FPU) super escalar y Una Floating-Point Unit (FPU) super escalar y

completamente pipelined que ejecuta Todas las completamente pipelined que ejecuta Todas las instrucciones x87(Punto Flotante), MMX, SSE Y 3DNOW! instrucciones x87(Punto Flotante), MMX, SSE Y 3DNOW!

– Una microarquitectura 9-issue, completamente-pipelined y Una microarquitectura 9-issue, completamente-pipelined y super escalarsuper escalar

– Prefetch de datos por HardwarePrefetch de datos por Hardware Un FSB de 333-MHz, ofreciendo una taza de transferencia de Un FSB de 333-MHz, ofreciendo una taza de transferencia de 2.1 GB/s2.1 GB/sSoporte para Memorias (DDR)Soporte para Memorias (DDR)



Athlon XP Block DiagramAthlon XP Block Diagram



El Mito de MegahertEl Mito de Megahert

El rendimiento de Una Aplicacion depende de una El rendimiento de Una Aplicacion depende de una combinacion de 2 elementos.combinacion de 2 elementos.

1.1. La frecuencia de reloj, del procesador,cuya medida esta La frecuencia de reloj, del procesador,cuya medida esta dada por los megahertz o gigahertzdada por los megahertz o gigahertz

2.2. La cantidad de trabajo que un procesador puede realizar La cantidad de trabajo que un procesador puede realizar en un ciclo de relog, cuya medida esta dada por las en un ciclo de relog, cuya medida esta dada por las instrucciones por ciclo de reloj (IPC)instrucciones por ciclo de reloj (IPC)

Contraria a la concepcion popular, la frecuencia de relog por Contraria a la concepcion popular, la frecuencia de relog por si misma no determina el performance real de una aplicacion si misma no determina el performance real de una aplicacion siendo que el performance o rendimiento de una aplicacion siendo que el performance o rendimiento de una aplicacion esta dada por una combinacion de ambosesta dada por una combinacion de ambos

Performance de una aplicacion = GHz * IPCPerformance de una aplicacion = GHz * IPC



Procesadores Intel V/S AMDProcesadores Intel V/S AMD



Intel vs AMDIntel vs AMDComparaciones Competitivas AMD Athlon™ 64 X2 Dual-Core Processor Intel Pentium D Dual-Core Processor

Infrastructure socket 939 LGA775 (limited motherboard support)

Process Technology 90 nanometer, SOI (silicon on insulator) 90 nanometer

Number of Transistors 154 to 233 million 230 million

AMD 64 Instruction support Yes No, EM64T support only

Enhanced Virus Protection with supported Operating Systems*

Yes No, Execute Disable bit only

System Bus Technology HyperTransport™ technology up to 2000MHz, full duplex Front Side Bus @ 800 MHz, half duplex

Integrated Memory Controller 128-bit + 16-bit ECC unbuffered PC3200, PC 2700, PC 2100, or PC1600

No, Discrete logic device on motherboard

Total Processor-to-System Bandwidth

HyperTransport technology: up to 8.0 GB/sMemory bandwidth: up to 6.4 GB/s Total: up to 14.4 GB/s

Total: up to 6.4 GB/s

3D & Multimedia instructions 3DNow!(TM) technology, SSE2, SSE3 SSE2, SSE3

Chipset support

NVIDIA: Nforce4 Series chipsetsATI: Radeon Xpress 200 Series chipsets VIA: K8 Series chipsetsSiS: 75x Series chipsets or greater

Intel: 945/955 Series onlyNVIDIA: Nforce4 Series chipsets

Total Designed Power (TDP) 89W or 110W 95W or 130W

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