Busca monografías, tesis y trabajos de investigación

Buscar en Internet 

       Revistas   Cursos   Biografías

rss feeds RSS / /

Microprocesadores

Resumen: Registros del procesador. El Procesador 386. El procesador 386SX. El procesador 386SL. Tipos de datos. Arquitectura base. Registros de proposito general. Registros de segmentos. Tecnologias Paralelas. Coprocesador Matematico. Overdrive. Procesador Pentium. Procesadores MMX. Novedades del P6.

Publicación enviada por ilustrados




 


MICROPROCESADORES

 

1.- INTRODUCCIÓN

Desde la aparición del 8088 hace los principios defuncionamiento de los micros no se han modificado mucho, a pesar de que ahora seha llegado a la quinta generación de estos chips y se ha profundizado en todolo referente a las prestaciones, en tema en los que hace diez años uno ni tan sólose atrevía a soñar. De todas maneras estas modificaciones se refierenespecialmente a la velocidad de trabajo del procesador con el cual se maneja elDOS, no al concepto básico, por lo menos en lo referente al modo real.

Echemos de todas formas, en primer lugar, un vistazo a lahistoria del desarrollo de los procesadores Intel.

La tarea del procesador es la de tratar las series de órdenesen lenguaje máquina, pues el lenguaje máquina es el único que entiende elprocesador. Las instrucciones en el lenguaje máquina no son exactamente igualespara todos los ordenadores, sino que solo son validas para el tipo demicroprocesador en cuestión. Los diferentes miembros de la familia 80xxxtrabajan sin embargo con el mismo lenguaje máquina, lo que permite que estossean compatibles entre ellos.

El primer representante de esta familia, el 8086, sedesarrollo ya en el año 1978. Sus sucesores fueron modificados de muchasmaneras, y en parte fueron modificados de forma radical, pero sin perder lacompatibilidad con los anteriores. En el caso del 8088 esto significó un pasohacia atrás, ya que si bien el 8088 disponía del mismo grupo de instruccionesy la misma estructura interna que el 8086, se comunicaba con la memoria medianteun bus de datos de 8 bits, en lugar de 16 bits.

El resto de miembros de esta familia, son desarrollosposteriores del 8086. De manera que por ejemplo el 80186 dispone de nuevasfunciones adicionales, mientras que al 80286 se le crearon mas registros encomparación al 8086, así como también se le amplió el área de direcciones.La novedad mas decisiva del 80286 respecto a sus predecesores la representa elmodo protegido, que sin embargo no puede utilizarse con el DOS.

Al 80286 le siguió el 80386, que marcó un notable salto enla capacidad de rendimiento. Continuó desarrollando el modo protegido y fue elprimero de disponer de un procesador Intel de registros de 32 bits, que sinembargo no pudo utilizarse correctamente en la programación del DOS. Esteprocesador existe también en una versión SX y DX, que se diferencian únicamenteen la frecuencia y en el tamaño del bus de dato; el SX trabaja con un bus dedatos de 16 bits, mientras que el DX puede transmitir de una sola vez unapalabra de 32 bits mediante su bus.

El micro que sigue al 80386, también llamado"i486" es el 80486. Este se distingue especialmente del 80386 por laintegración del coprocesador numérico 80387, por la preparación de un código-cachéy el tratamiento más rápido de muchas instrucciones en lenguaje máquina,siendo también compatible con el 8086.

El hito técnico actual lo marca el procesador Pentium que hamejorado la velocidad de proceso interna en relación con el 486. Endeterminadas situaciones el procesador esta en situación de procesar dosordenes consecutivas al mismo tiempo, siempre y cuando la segunda no dependa delresultado de la primera.

 

 

También la denominación en nueva en el Pentium puesto quese esperaba que tras el 80486 el sucesor se denominaría 80586. Intel sinembargo rompió con la tradición puesto que nombres como 8088 o 80486 no

pueden ser patentados. Esto lo aprovecharon durante largotiempo otros fabricantes de estos componentes para distribuir procesadorescompatibles con Intel, con otros nombres parecidos.

 

 

2.- REGISTROS DEL PROCESADOR

En el centro de todos los procesadores se encuentran susregistros, "variables de hardware", en los cuales pueden cargarsedatos de la memoria, tratarlos allí con l a ayuda de las instrucciones dellenguaje máquina y finalmente volverlos a escribir en la memoria. Esto es muchomás rápido que la manipulación de información dentro de la memoria, ya quelos registros se evacuan directamente en el procesador y por lo tanto no esnecesario acceder al bus para poner su contenido a disposición de lasinstrucciones en lenguaje máquina. Por esta razón los registros del procesadorjuegan un papel muy importante para la programación del sistema, ya que esmediante estos registros que se desarrollan el flujo de información entre unprograma y las funciones del DOS y BIOS que este llama.

 

 

 

Todos los registros tienen un tamaño de 16 bits (2 bytes).Así pueden registrar un valor entre 0 y 65535 (111111111111111b, o FFFFh).

 

 

 

 

 

3.- El Procesador 386

El microprocesador 386 (también conocido como 386 DX) suponeun paso muy importante frente al 286. Hasta entonces, tanto los micros 8088 y8086 como el 286 eran microprocesadores de 16 bits; trabajaban con 16 bits a lavez en cada ciclo de reloj. Por el contrario, el 386 es un microprocesador de 32bits, que procesa 32 bits simultáneamente en cada ciclo de reloj. Losordenadores 386 tienen una velocidad desde 16 a 50 Mhz.

El bus de direcciones del 386 tiene 32 bits. Con 32 bits sepueden redireccionar 232 celdas de memoria lo que equivale a 4096 MB.También en este caso los primeros 1024 k se reparten como los micros 80886 y286: 640k de memoria convencional y los 364k restantes de memoria superior.

El microprocesador 80386 esta diseñado para soportaraquellos sistemas operativos optimizados para multitarea. El micro 80386 escapaz de direccionar hasta 4 gigabytes de memoria física y 64 tetrabytes dememoria virtual. La gestión de memoria integrada y arquitectura de protecciónincluye registros de traducción de direcciones y mecanismo de protección parasoportar sistemas operativos y hardware avanzado de multitarea.

El transvase entre instrucciones - pipelining -, una elevadaanchura del bus y una traducción de direcciones en la pastilla acortansignificativamente el tiempo medio de ejecución de la instrucción, manteniendoun alto rendimiento del sistema. Estas características de diseño dearquitectura habilitan al 80386 a ejecutar instrucciones a una frecuencia de 3 a4 millones por segundo.

Características adicionales se incluyen autotest, accesodirecto a la memoria interna (cache) donde se realiza la traducción de páginay cuatro nuevos registros de "Breakpoint". El 80386 tiene el códigoobjeto compatible con el 8086, 8088 y 80286.

 

El procesador 386SX

Los microprocesadores 386SX aparecieron después que el 386como una solución intermedia en precio y prestaciones entre el 286 y el 386.Los micros 386 puros (386DX) necesitan a su alrededor una circuiteria de 32bits, mientras que los SX necesitan una circuiteria de 16 bits, mucho masbarata. De esta forma, los fabricantes podían utilizar todos los componentes yla circuitería de 16 bits que usaban para un 286, pero ahora incorporando unmicroprocesador de 32 bits.

La diferencia entre un ordenador 386DX y un ordenador 386SXse percibe en la velocidad del ordenador, pero desde el punto de vista de lasaplicaciones que se pueden ejecutar, es totalmente, indiferente tener unmicroprocesador 386DX que un 386SX.

 

El procesador 386SL

El microprocesador 386SL es equivalente al 386SX con laparticularidad de estar diseñado especialmente para los ordenadores portátiles,cuidando sus especiales necesidades de baja potencia y consumo. El 386SL poseeun modo sleep que utiliza menso energía durante su funcionamiento. Además,existen nuevos recursos para poder minimizar el funcionamiento del ordenador (elconsumo de energía) cuando no se utiliza. El resultado es que la batería puededoblar su tiempo en un portátil con 386SL frente a un 386SX. Losmicroprocesadores 386SL sólo se utilizan en portátiles y notebooks y, hoy en día,son los únicos microprocesadores 386 en los que continúa desarrollando ytrabajando.

 

Tipos de datos

La pastilla microprocesadora 80386 soporta varios tipos dedatos además de los soportados por sus predecesores (80x86). Soporta enteroscon signo y sin signo de 32 bits y campos de bits de 1 a 32 bits de

longitud. También soporta los tipos de punteros estándares,así como un puntero de desplazamiento de 32 bits y un puntero completo de 48bits.

 

Otros registros de 32 bits (ESI, EDI, EBP, ESP) no se puedendividir en registros de 16 bits. Por otra parte, el puntero de instruccionesEIP, también es un registro de 32 bits, cuyo contenido se modifica dependiendode los cambios que experimente el flujo del programa que el procesador ejecute.Por lo tanto, EIP se modifica implícitamente mediante instrucciones en códigomáquina.

 

ARQUITECTURA BASE

La pastilla microprocesadora 80386 proporciona al programador32 registros. Estos 32 registros pueden ser divididos en siete categoríasprincipales.

- Registros de propósito general

- Registros de segmentos

- Puntero de instrucción y señalizaciones

- Registros de control

- Registros de direcciones del sistema

- Registros de test.

 

Estos registros son un superconjunto de los registros del8086 y el 80286; además, todos los registros de 16 bits del 8086 y el 80286 estáncontenidos en el microprocesador 80386 de 32 bits.

 

REGISTROS DE PROPOSITO GENERAL

Los ocho registros de propósito general se utilizan de formaanáloga a los ocho registros de propósito general asociados al 80286, exceptoque los registros tienen ahora 32 bits. Estos registros son capaces de soportaroperandos de datos de 1, 8, 16 y 32 bits y campos de bits de 1 a 32 bits. Losocho registros son el EAX (acumulador), EBX (base), ECX (contador), EDX (datos),ESP (puntero de pila), EBP (puntero base), ESI (índice fuente) y EDI (índicedestino).

Para acceder a los 32 bits de un registro, todas lasreferencias del registro deben comenzar "E". Cada uno de los ochoregistros de propósito general puede ser descompuesto en sus equivalentes de 16bits del 8086/80286 referenciando los registros sin usar el prefijo"E".

 

REGISTOS DE SEGMENTOS

El microprocesador 80386 contiene seis registros segmento de16 bits. Los seis registros segmento mantiene los valores del selector en lasposiciones de memoria actualmente direccionables. En modo de dirección real, unsegmento puede variar desde 1 byte hasta un tamaño de segmento máximo de 64bytes, o 216. El direccionamiento en modo protegido habilita rangosde segmento desde 1 byte hasta un máximo de 4 gigabytes, o 232bytes.

 

4.- Tecnologías Paralelas

 

COPROCESADOR MATEMÁTICO

 

El coprocesador matemático esta diseñado para que funcioneen paralelo con el microprocesador. El conjunto de instrucciones incluye muchasoperaciones extremadamente potentes en coma flotante.

Cuando el microprocesador encuentre una instrucción en comaflotante, envía el código de operación necesario y direcciones de memoria deoperandos al coprocesador matemático. Esto libera al microprocesador deejecutar la siguiente instrucción, mientras el coprocesador matemático realizasimultáneamente el cálculo numérico.

El coprocesador matemático puede hacer peticiones de accesoa memoria a través de una canal de datos dedicado permanente en elmicroprocesador.

 

OVERDRIVE

El nombre de OverDrive no corresponde explícitamentea un microprocesador de Intel, sino que se utiliza indistintamente para designartanto un nuevo zócalo que incluye algunas placas madres 486 como elmicroprocesador que se puede insertar en dicho zócalo, que no es otro que un486DX2. En definitiva, OverDrive es sinónimo de insertar un nuevomicroprocesador en la placa madre, ya sea en un zócalo vacío dispuesto paratal fin o en el zócalo donde reside el antiguo microprocesador. Hay que señalarque solo soportan OverDrive las placas madres 486, ya sean 486DX o 486SX.

 

 PROCESADOR Pentium

El Pentium es una CPU que, manteniendo la compatibilidad anivel binario con procesadores anteriores de la familia 80x86, introdujo en su díavarias características hasta entonces desconocidas para los programadores deesta serie de micropocesadores.

Sin duda alguna, uno de los puntos más nefastos de laarquitectura 80x86 es el limitado número de registros del procesador. Debemostener en cuenta que, sin embargo, esto es una consecuencia lógica al tratarsede una maquina CISC (Complex Instruction Set Chip). Tradicionalmente losprocesadores CISC han estado dotado de un menor número de registros a cambio deun variado número de instrucciones, mientras que sus competidores RISC (ReducedInstruction Set Chip) gozan de una gran cantidad de registros a cambio de unmenor número de instrucciones.

El Pentium mantiene el mismo juego de registros que suspredecesores de 32 bits, el 386 y el 486, de forma que el programador dispone deregistros con una longitud de 32 bits. De estos registros 4 de ellos,denominados EAX, EBX, EFX y EDX también se pueden manejar como registros de 16bits, tomando en dicho caso los nombre de AX, BX, CX, DX. Estos últimosregistros de 16 bits pueden manejarse, además, como pares de registros de 8bits: AX se divide en AH y AL, BX se divide en BH y BL, CX se divide en CH y CL,y, finalmente, DX lo hace en DH y DL.

Otros registros de 32 bits (ESI, EDI, EBP, y ESP) no sepueden dividir en registros de 16 bits. Por otra parte el puntero deinstrucciones EIP, también es un registros de 32 bits, cuyo contenido semodifica dependiendo de los cambios que experimente el flujo del programa que elprocesador ejectute. Por lo tanto EIP se modifica explícitamente medianteinstrucciones como CALL.

Para alcanzar un elevado rendimiento el Pentium es capaz deejecutar, en teoría, dos instrucciones de forma simultánea ya que elprocesador dispone de dos unidades de enteros y una más de coma flotante. Sinembargo la ejecución de mas de dos instrucciones en paralelo tiene algunarestricciones, ya que el Pentium impone algunas condiciones para que esto seaposible. En concreto, solo se pueden ejecutar dos instrucciones en paralelo sicualquiera de ellas que sea dependiente de los resultados producidos por otraanterior esta alejada de esta al menos tres instrucciones.

Además el Pentium tiene algunas instrucciones implementadasdirectamente en hardware y otras, debido a su complejidad lo están en microcódigo.Si una de las instrucciones a ejecutar esta implementada de esta última formano será posible la ejecución en paralelo de dos instrucciones.

Intel dispone de modelos del procesador Pentium preparadospara trabajar en equipos multiprocesador con hasta cuatro CPUs. La principaldiferencia entre un Pentium normal y otro preparado para multiproceso, es laintegración en el chip de la APIC (Advanced Programmable InterruptController).

Mediante la APIC integrada en el Pentium se forma un busespecial entre todos los procesadores instalados en el sistema. A través deeste bus un procesador puede enviar mensajes y recibirlos de otra CPU.

El Pentium dispone también de una cache integrada de 16 KB,dividida en dos bloques de 8 KB cada una, estando destinado uno de ellos a códigoy, el otros, a datos. La actualización en memoria RAM de los datos contenidosen la cache interna se lleva a cabo mediante los sistemas Write Back oWrite Through, ya que, al menos en modo protegido, esta característica esmodificable mediante software, si bien estos cambios no pueden realizarlos lasaplicaciones ya que se requiere un nivel de privilegio que, normalmente, no estadisponible para las aplicaciones de los usuarios y solo determinadas capas delsistema operativo son capaces de acceder a esta funcionalidad del procesador.

Desde el punto de vista del rendimiento, es mas eficiente lapolítica Write Back de actualización de la cache y de la memoria RAMdel ordenador. Mediante este sistema el contenido de la cache solo se vuelca ala RAM del sistema cuando una línea de la cache es marcada como no valida.Por otro lado el sistema Write Through, refleja de forma inmediata en laRAM del ordenador cualquier cambio que se produzca en la cache del procesador,lo cual produce un mayor consumo de ancho de banda del bus de la CPU.

Al contrario que ocurría con el 486, Intel no ha publicadola información técnica necesaria para manejar directamente por software lamemoria interna cache del procesador. Por lo tanto, algunos trucos, quehacían posible dejar residentes de forma permanente en la caché interna del486 un bloque de código de datos, no puede realizarse en el Pentium.

 

 

 

 

 

 

Fecha de Introducción

Velocidad del Reloj

Ancho del Bus

Numero de transistores

Memoria direccionable

Memoria Virtual

Breve Descripción

 

 

 

 

 

 

Pentium®

Processor

 

 

 

 

 

 

3/22/93

60MHz

66MHz

75MHz

90MHz

100MHz

120MHz

133MHz

150MHz

166MHz

 

 

 

 

 

 

32 bits

 

 

 

 

 

3.1 million

(.8 micron)

 

 

 

 

 

 

4 gigabytes

 

 

 

 

 

64

terabytes

 

 

La Arquitectura Superescalar

trajo la 5º generación

de la representación

del procesador Intel486 DX

a 33-MHz

 

 

5.- Nuevas Tecnologías.

 

5.1 Procesadores MMX

La tecnología MMX es un mejor realce a la arquitectura Intelque convertirá a los PCs en una mejor plataforma de Multimedia yComunicaciones. Es el más significativo en la arquitectura Intel desde elprocesador i386. Este realce incluye 57 nuevas instrucciones orientadas aoperaciones altamente paralelas con Multimedia y los tipos de datos en lasComunicaciones. Estas instrucciones usan una técnica conocida como SIMD (SimpleInstrucción, Múltiples Datos) para dar un mejor rendimiento a la Multimedia yla computación de las comunicaciones. Los procesadores que soportan la tecnologíaMMX serán completamente compatibles con las generaciones anteriores de laArquitectura Intel y el software instalado.

La tecnología MMX demostrará la calidad de las aplicacionesMultimedia y de las Comunicaciones. Por ejemplo, los juegos usarán 24-bits decolor Real en lugar de 8-bits, y con grandes ratios de frames. La tecnologíaMMX también permitirá más actividades en tiempo real. Un ejemplo sería múltiplescanales de audio, vídeo de gran calidad y animación, y conexión a Internet,todo corriendo en la misma aplicación. Esta tecnología MMX será incorporadaen general en la generación de procesadores P6.

Las aplicaciones Multimedia han empezado a dirigir losprocesadores. Intel formó un grupo de chips y algoritmos expertos para analizarvídeo interactivo, realidad virtual, y aplicaciones en 3D de gran calidad. Seha descubierto que estas aplicaciones aparentemente diferentes tienen mucho encomún. Hacen mucha computación, muchas de ellas en paralelo, y tienden a usarpequeños tipos de datos integer. Estas nuevas instrucciones - usando laarquitectura SIMD - fueron específicamente seleccionadas para ayudar aincrementar la velocidad de la esencia de estos algoritmos y mejorar así todaslas aplicaciones.

Algunas de las aplicaciones que se beneficiarán de latecnología MMX son los gráficos 2D/3D, sonido, reconocimiento de voz, vídeo ycompresión de datos. La tecnología MMX es compatible con los entornos de SO.Además, el sistema operativo no necesita modificación de la tecnología MMXpara funcionar. Sin embrago, las aplicaciones que más se beneficiarán cuandose incorpore esta tecnología, tienden a ser las aplicaciones de Multimedia yComunicaciones con cierta cantidad de loops de computación-intensivarepetitivos donde la información pueda ser organizada para ser procesada enparalelo.

Es importante destacar que las instrucciones MMX son nuevasinstrucciones que no existen en generaciones anteriores de los procesadores deIntel. El soporte de la tecnología MMX debe estar en el procesador para que seejecuten estas instrucciones.

En lo que corresponde al Software para utilizar estas nuevasaplicaciones, se debe usar la instrucción CPUID en tiempo de ejecución paracomprobar el tipo de procesador y saber si soporta esta tecnología. Si lasoporta, se usarán las DLLs que usen la tecnología MMX, sino se usarán lasDLLs que usan las instrucciones corrientes de la Arquitectura Intel.

Para terminar, los usuarios de Internet quieren interactuarcon el mismo entorno, por ejemplo sonido, vídeo y gráficos, como el usuarioMultimedia. Se espera que la tecnología MMX realzará los "plug ins"o los "helpers apps" se convertirán muy comunes y activarán inclusomejor el contenido de internet en los PCs con la tecnología MMX.

 

5.2 P6

Intel sostiene que el P6 es, aproximadamente, el doble de rápidoque el Pentium. Pero Intel está comparando el rendimiento estimado de un P6 de133 Mhz (200 SPECint92) al de un Pentium de 100 Mhz (112,7 SPECint92). El P6tiene superpipelines, de forma que su frecuencia de reloj es más alta.

Los conductos pipeline del P6 tienen hasta 14 etapas mientrasque en el Pentium tienen solamente 5. Las instrucciones se pueden mover más rápidopor el pipeline del P6 porque las etapas tienen tiempos de latencia más bajos.Además, P6 posee otras muchas ventajas como pipelines de 3 vías, una cache‚secundaria integrada en el chip, un bus transaccional de entrada/salida y másunidades de ejecución. Estas son exactamente las prestaciones que distinguenuna microarquitectura de otra.

Intel fabrica un Pentium de 133 Mhz con la misma tecnologíade proceso que se utiliza para el P6 (0,6 micras, BiCMOS metálico de 4niveles).

El rendimiento estimado de un Pentium de 133MHz es de 150SPECint92. Entonces, un P6 que funcione a la misma velocidad de reloj viene aser un 33% más rápido, y no el doble de rápido.

Novedades del P6.

F En el núcleo de la CPU5,5 millones de transistores, en la caché secundaria integrada 15,5 millones.

F Microarquitecturasuperescalar de 3 vías.

F Superpipeline de 14etapas.

F Cinco unidades deejecución paralelas: dos para enteros, una para carga, una para almacenamientoy una para com flotante.

F 8KB de caché primariaasociada de instrucciones de dos vías y 8 KB de caché primaria asociativa dedatos con cuatro vías.

F 256 KB de cach‚secundaria SRAM (RAM est tica) en un bus dedicado con la misma velocidadque la CPU, integrada con ‚ esta en un solo paquete PGA cerámico de 387patillas de cavidad dual

F Bus transaccional deentrada/salida y jerarquía de caché no interferente.

F Ejecución de variaciónde orden, predicción din mica de bifurcaciones y ejecución especulativa.

F Rendimiento proclamadopor Intel: 200 SPECint92 a 133 MHz.

F Tecnología de procesode fabricación BiCMOS metálica de cuatro niveles, 0,6 micras y 2,9 voltios.

F Superficie de la CPU:306 mm2.

F Superficie de la SRAM:202 mm2.

F Consumo energéticoestimado máximo: 20 vatios a 133 Mhz.



Valora este artículo 5   4   3   2   1

Comparte  Enviar a facebook Facebook   Enviar a menéame Menéame   Digg   Añadir a del.icio.us Delicious   Enviar a Technorati Technorati   Enviar a Twitter Twitter
Artículos Destacados