El Microprocesador central o CPU


CPU es el acrónimo de Central processing unit = unidad central de procesamiento, el chip maestro, el cerebro de una computadora.
Se trata de una pastilla de silicio en donde se agrupan millones de transistores y cuya tecnología actualmente esta liderada por tres grandes fabricantes: Intel, AMD e IBM-Apple (procesadores PowerPC). Cuando se habla de él se habla del poder de un sistema. Dada su importancia, merece especial atención en el estudio del hardware.

La CPU clasificada en base al manejo de instrucciones.
Los Microprocesadores o CPU administran juegos de instrucciones basadas en pilas, acumuladores y registros. Las instrucciones basadas en registros han recibido la mayor atención por parte de los programadores, hecho que a su vez ha propiciado que los fabricantes de semiconductores, diseñen arquitecturas de microprocesadores SEGUN la forma en que se administran los registros.

Partiendo de esa base, han surgido dos grandes arquitecturas de microprocesadores para PCs: los diseñados con instrucciones avanzadas o complejas llamados CISC (Complex Instruction Set Computer) y los diseñados con instrucciones simples o reducidas llamados RISC (Reduced Instruction Set Computer).

La arquitectura CISC ( Complex Instruction Set Computer ).
fue la primera tecnología de CPUs con la que la maquina PC se dio a conocer mundialmente. Adoptada por Intel, se coloco en las primitivas PCs (procesador 8088) que fueron lanzadas bajo la marca IBM el 12 de Agosto de 1981. Su sistema de trabajo se basa en la Microprogramación. Dicha técnica consiste en hacer que cada instrucción sea interpretada por un microprograma localizado en una sección de memoria en el circuito integrado del Microprocesador. A su vez, las instrucciones compuestas se decodifican para ser ejecutadas por microinstrucciones almacenadas en una Rom interna. Las operaciones se realizan al ritmo de los ciclos de un reloj.

Considerando la extraordinaria cantidad de instrucciones que la CPU puede manejar, la construcción de una CPU con arquitectura CISC es realmente compleja. A este grupo pertenecen los microprocesadores de INTEL (celeron, Pentium II, Pentium III, Pentium IV) y AMD (Duron, Athlon).

El origen de la arquitectura CISC se remonta a los inicios de la programación ubicada en los años 60 y 70. Para contrarrestar la crisis del software de ese entonces, empresas electrónicas fabricantes de hardware pensaron que una buena solución era crear una CPU con un amplio y detallado manejo de instrucciones, a fin de que los programas fueran mas sencillos. Los programadores en consecuencia crearon multitud de programas para esa arquitectura. La posterior masificación de los PCs, permitió que el mercado fuera luego copado de software creado para procesadores CISC.

Entre las bondades de CISC destacan las siguientes:
1. Reduce la dificultad de crear compiladores.
2. Permite reducir el costo total del sistema.
3. Reduce los costos de creacion de Software.
4. Mejora la compactación de código.
5. Facilita la depuración de errores (debugging).

La arquitectura RISC (RISC = Reduced Instruction Set Computer).
Ha sido la consecuencia evolutiva de las CPU. Como su nombre lo indica, se trata de microprocesadores con un conjunto de instrucciones muy reducidas en contraposición a CISC. ¿Que ventaja se deriva de esta tecnología?. Veamos:
1. La CPU trabaja mas rápido al utilizar menos ciclos de reloj para cumplir sus funciones (ejecutar instrucciones).
2. Utiliza un sistema de direcciones no destructivas en Ram. Eso significa que a diferencia de CISC, RISC conserva después de realizar sus operaciones en memoria los dos operandos y su resultado (total tres direcciones), lo que facilita a los compiladores conservar llenos los ‘pipelines’ (conductos) de la CPU para utilizarlos concurrentemente y reducir la ejecución de nuevas operaciones.
3. Cada instrucción puede ser ejecutada en un solo ciclo de la CPU (máxima velocidad y eficiencia).

Considerada como una innovación tecnológica creada a partir del análisis de la primitiva arquitectura Cisc, RISC ha dado origen a la aparición de Microprocesadores poderosos cuya principal aplicación a la fecha (Octubre 2003), ha sido el trabajo en las grandes máquinas (servidores ), aunque también han llegado a posicionarse en ciertas maquinas desktop (Apple), computadoras de mano, maquinas de juegos, y otros artefactos electrónicos domésticos.

Ejemplos de tecnología RISC son los sistemas MIPS (Millions Instruction Per Second), 1992, SPARC = Scalable Processor ARChitecture de la empresa Sun (utiliza Solaris, sistema operativo de ambiente Unix), POWER PC, 1993, diseñado por Apple, Motorola e IBM, son utilizados en PCs de Apple, Macinstosh y mainframes de IBM (RS/6000 y AS/400) con sistemas operativos AIX y Windows NT. El PowerPC se conoce también como G3, G4, G5 (alcanza un billon de operaciones de punto flotante por segundo).

Arquitectura RISC vs CISC.
Partiendo de lo expuesto, habría que evaluar las ventajas de ambas arquitecturas para tomar decisiones sobre la escogencia de una u otra a la hora de diseñar un sistema. Risc es más rápida, pero mas costosa. Hablando en términos de costo hay que pensar que Risc utiliza mas la circuiteria (comandos hardware o circuitos electrónicos) para ejecutar operaciones directas (el microprocesador esta mas libre de carga), en tanto que CISC utiliza micro código ejecutado por el microprocesador lo que la hace mas económica y mas lenta también (debido a la carga que soporta el microprocesador).

Hay mas software de uso general para la plataforma CISC. Pero la exigencia de la informática demanda periódicamente mayor velocidad y administración de espacio en Ram y discos duros, area en la que ambas arquitecturas deben seguir innovando. Dado que CISC es mas popular a nivel de PCs, las innovaciones en esta categoría son mas numerosas (nuevas interfaces, puertos, nuevos buses y velocidades de transmisión). Técnicamente hablando, el rendimiento en RISC basado en la menor cantidad de carga de instrucciones en el microprocesador compensa a la mayor cantidad de código en software que es necesario utilizar, por lo que su arquitectura se considera mas potente que CISC.

Fabricación de la CPU.
Dado que la mayor plataforma a nivel mundial de PC, se basa en la tecnología CISC, entraremos en el análisis arquitectónico y funcional de estos Microprocesadores a fin de comprender como esta construido internamente el CEREBRO del PC (unidades internas ALU, AU, microcódigos, caché, direcciones, etc.).

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