Procesador

1.     Definición

El procesador es el cerebro del sistema, justamente procesa todo lo que ocurre en la PC y ejecuta todas las acciones que existen. Cuanto más rápido sea el procesador que tiene una computadora, más rápidamente se ejecutarán las órdenes que se le den a la máquina.

2.     Estructura interna del procesador

La mayoría de los diseños del microprocesador dividen su circuitería lógica interna en cuatro partes funcionales: los registros internos del procesador, la unidad de entrada-salida “E/S” o BIU (Bus Interface Unit), la unidad de control, y la unidad lógico aritmética (o ALU por sus siglas en inglés, Aritmetic Logic Unit). A los registros internos, al ALU y a la unidad de control en común se les llama unidad central de proceso (o CPU por sus siglas en inglés, Central Processing Unit), aunque a menudo el término CPU se utiliza como sinónimo para el microprocesador entero. Otro sinónimo para el CPU es Unidad de Ejecución, que por lo regular se utiliza dentro de los diagramas de bloques de los procesadores.

3.     Ciclo básico del procesador

Un ciclo de CPU es un pulso electromagnético que genera el oscilador de cuarzo presente en todo procesador o microprocesador de computadora.

La velocidad de funcionamiento del microprocesador viene determinada por el ritmo de los impulsos de su reloj.

Este reloj u oscilador es un circuito electrónico encargado de emitir a un ritmo constante impulsos eléctricos.

El funcionamiento de este reloj es comparable con un metrónomo con su péndulo que oscila de izquierda a derecha. El intervalo de tiempo que el péndulo tarda en recorrer esa distancia y regresar a su punto inicial se denomina ciclo.

Todos los microprocesadores poseen un oscilador o reloj que, al igual que el metrónomo, marca el número de ciclos por segundo. En principio podría pensarse que a mayor número de ciclos por segundo, mayor velocidad, pero esto es cierto solo cuando se comparan procesadores de diseño similar. Según la arquitectura del procesador (RISC o CISC) y de la tecnología empleada se requerirán más o menos ciclos para la ejecución de una instrucción, o incluso más de una instrucción por ciclo. Por ello la velocidad de procesador es un parámetro para comparar prestaciones entre procesadores similares, pero no decisivo, pues en la velocidad del procesador influyen otros parámetros como la memoria caché, etc.

4.     Registros internos

Un registro es una porción de memoria ultrarrápida, de poca capacidad e integrado al microprocesador, que permite almacenar y acceder a los datos usados frecuentemente. Se utilizan para aumentar la velocidad de ejecución de los programas.

Registros de propósito general

Son registros que permiten almacenar tanto datos como direcciones. La mayoría de las computadoras modernas emplean este tipo de registro

Los registros de propósito general se utilizan para almacenar datos temporalmente. Debido a que estos registros han evolucionado desde una máquina de 8 bits (el 8080) un grupo de registros aún se puede utilizar con un tamaño de 8 bits para mantener compatibilidad con toda la línea de procesadores. Aún cuando estos registros pueden mantener cualquier tipo de datos, algunos tienen cierta funcionalidad específica o son usados de manera especial por algunas instrucciones

Registros de propósito especifico

Almacenan información específica sobre el estado del sistema como el puntero de pila o el registro de estado.

• Permiten llevar un récord de estado del procesador en todo momento. Los más importantes son el contador de programa (PC), el registro de banderas, y el apuntador de pila (SP).

5.     Conjunto de instrucciones

Un conjunto de instrucciones, repertorio de instrucciones, juego de instrucciones o ISA (del inglés instruction set architecture, «arquitectura del conjunto de instrucciones») es una especificación que detalla las instrucciones que una unidad central de procesamiento puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los comandos implementados por un diseño particular de una CPU. El término describe los aspectos del procesador generalmente visibles para un programador, incluyendo los tipos de datos nativos, las instrucciones, los registros, la arquitectura de memoria y las interrupciones, entre otros aspectos.

Existen principalmente tres tipos: CISC (Complex Instruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer) y SISC (Simple Instruction Set Computing).

La arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) se emplea a veces para distinguir este conjunto de características de la micro arquitectura, que son los elementos y técnicas que se emplean para implementar el conjunto de instrucciones. Entre estos elementos se encuentran las microinstrucciones y los sistemas de caché.

Procesadores con diferentes diseños internos pueden compartir un conjunto de instrucciones; por ejemplo, el Intel Pentium y AMD Athlon implementan versiones casi idénticas del conjunto de instrucciones x86, aunque tienen diseños diferentes.

6.     Máquinas risc y cisc

Una de las primeras decisiones a la hora de diseñar un microprocesador es decidir cuál será su juego de instrucciones.
La decisión por dos razones; primero, el juego de instrucciones decide el diseño físico del conjunto; segundo, cualquier operación que deba ejecutarse en el microprocesador deberá poder ser descrita en términos de un lenguaje de estas instrucciones.

Frente a esta cuestión caben dos filosofías de diseño; máquinas denominadas CISC y máquinas denominadas RISC.

Arquitectura RISC 

En la arquitectura computacional, RISC (del inglés reduced instruction set computer) es un tipo de microprocesador con las siguientes características fundamentales:

Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos.

Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.
El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a memoria.

Arquitectura CISC

En la arquitectura computacional, CISC (complex instruction set computer) es un modelo de arquitectura de computadora.

Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos, en contraposición a la arquitectura RISC.

Este tipo de arquitectura dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que, en la actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de alto rendimiento implementan un sistema que convierte dichas instrucciones complejas en varias instrucciones simples del tipo RISC, llamadas generalmente micro instrucciones.

Los CISC pertenecen a la primera corriente de construcción de procesadores, antes del desarrollo de los RISC. Ejemplos de ellos son: Motorola 68000, Zilog Z80 y toda la familia Intel x86 usada en la mayoría de las computadoras personales actuales.
Para realizar una sola instrucción un chip CISC requiere de cuatro a diez ciclos de reloj.

Conclusiones

El procesador constituye una de las piezas más importante del computador ya que este cumple una de las funciones más importantes del computador pues está encargado de procesar toda la información además es el responsable de ejecutar todas las instrucciones existentes.

Recomendaciones

Para que nuestro computador tenga una funcionalidad al momento de realizar ciertas tareas, es necesario tener en cuenta su capacidad y la tecnología con la cual este hecho.