EL MICROPROCESADOREl microprocesador es un circuito electrnico que acta como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de clculo. Podramos decir de l que es el cerebro del ordenador. Los microprocesadores tambin se utilizan en otros sistemas informticos avanzados, como impresoras, automviles o aviones. El microprocesador es un tipo de circuito sumamente integrado. Los circuitos integrados, tambin conocidos como microchips o chips, son circuitos electrnicos complejos formados por componentes extremadamente pequeos formados en una nica pieza plana de poco espesor de un material conocido como semiconductor. Los microprocesadores modernos incorporan hasta 10 millones de transistores (que actan como amplificadores electrnicos, osciladores o, ms a menudo, como conmutadores), adems de otros componentes como resistencias, diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la de un sello postal. Un microprocesador consta de varias secciones diferentes. La unidad aritmtico-lgica (ALU) efecta clculos con nmeros y toma decisiones lgicas; los registros son zonas de memoria especiales para almacenar informacin temporalmente; la unidad de control descodifica los programas; los buses transportan informacin digital a travs del chip y de la computadora; la memoria local se emplea para los cmputos realizados en el mismo chip. Los microprocesadores ms complejos contienen a menudo otras secciones; por ejemplo, secciones de memoria especializada denominadas memoria cach, que sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos. Los microprocesadores modernos funcionan con una anchura de bus de 64 bits (un bit es un dgito binario, una unidad de informacin que puede ser un uno o un cero): esto significa que pueden transmitirse simultneamente 64 bits de datos. Un cristal oscilante situado en el ordenador proporciona una seal de sincronizacin, o seal de reloj, para coordinar todas las actividades del microprocesador. La velocidad de reloj de los microprocesadores ms avanzados es de unos 800 megahercios (MHz) unos 800 millones de ciclos por segundo, lo que permite ejecutar ms de 2.000 millones de instrucciones cada segundo.Los microprocesadores suelen tener dos velocidades: Velocidad interna: velocidad a la que funciona el micro internamente (500, 600, 800 MHz). Velocidad externa o de bus (FSB): velocidad con la que se comunican el micro y la placa base (generalmente 60, 66 100 MHz).Un micro consta de las siguientes partes: el coprocesador matemtico, que realiza los clculos matemticos. la memoria cach, memoria ultrarrpida que ayuda al micro en operaciones con datos que maneja constantemente. el encapsulado, que lo rodea para darle consistencia, impedir su deterioro y permitir el enlace con los conectores externos.En cuanto a las empresas fabricantes de procesadores los ms conocidos son: Intel: Es la marca estndar y los dems son compatibles con Intel. AMD: Siempre ha ido por detrs de Intel, aunque a veces le ha superado, sobre todo con su conocido K7 (Athlon). Cyrix: Fabrica procesadores para Texas, IBM y Thompson PARTES INTERNASUNIDAD ARITMETICO-LOGICA (ALU): Lleva a cabo las funciones de procesamiento de datos.Unidades Funcionales: se encargan de operaciones matemticas especficas, y as sacan y facilitan el trabajo al microprocesador. (Sumas, multiplicaciones, dividir por nmeros enteros, etc.)Registros: Almacenan datos durante cierto tiempo, dentro la CPU. etc.Todos estos elementos estn conectados entre s por medio de un conjunto de circuitos o conexiones nombrado bus. Todo su funcionamiento se basa en interpretar las seales elctricas como nmeros y de esta forma poder operar sobre ellas, para lo cual hace servir mtodos como el lgebra de Boole. El nombre de microprocesador nos describe slo el conjunto de todos los componentes que forman la CPU una vez encajados y listos para funcionar. Podemos dividir cualquier procesador en dos grandes bloques: la Unidad de Control (UC) y la Unidad de Proceso (up), se comunican constantemente entre ellas. La Unidad de Control es la encargada de gestionar y controlar el correcto funcionamiento de la Unidad de Proceso, que es la que realiza el trabajo. Esta tarea de gestin y control de la UC, se lleva a cabo mediante la activacin/desactivacin de seales enviadas a la up, indicadoras de qu acciones he de tomar en cada momento.La Unidad de Proceso est formada por ms componentes tales como : la ALU, Registros, y buses. En la imagen podemos ver el interior de la up, sta en particular es muy simple, tiene unos cuntos registros, tres buses y una ALU. Los buses A y B traen los datos de los registros hasta la ALU para ser operados, y el C se encarga de llevar los datos resueltos hacia la memoria, o a los registros para ser sobre escritos con un nueve valor.

La UC en cambio, es la encargada de controlar y dar rdenes (qu rdenes pasan y por dnde, quien va primero, como se ha de operar, etc.) sobre todos los procesos que se lleven a trmino dentro la up. Estas rdenes son en el interior de la instruccin a ejecutar, por lo tanto podemos deducir que todas las instrucciones primero pasan por la UC y de aqu hacia la up. La instruccin, contiene en su interior los datos a operar, y al principio de todo el tipo de operacin a realizar con aquellos datos.MEMORIA DELA COMPUTADORAComo el microprocesador no es capaz por s solo de albergar la gran cantidad de memoria necesaria para almacenar instrucciones y datos de programa (por ejemplo, el texto de un programa de tratamiento de texto), pueden emplearse transistores como elementos de memoria en combinacin con el microprocesador. Para proporcionar la memoria necesaria se emplean otros circuitos integrados llamados chips de memoria de acceso aleatorio (RAM), que contienen grandes cantidades de transistores. Existen diversos tipos de memoria de acceso aleatorio. La RAM esttica (SRAM) conserva la informacin mientras est conectada la tensin de alimentacin, y suele emplearse como memoria cach porque funciona a gran velocidad. Otro tipo de memoria, la RAM dinmica (DRAM), es ms lenta que la SRAM y debe recibir electricidad peridicamente para no borrarse. La DRAM resulta ms econmica que la SRAM y se emplea como elemento principal de memoria en la mayora de las computadoras.

TIPOS DE BUSES POR SU USO

Bus de Direcciones : Este es un bus unidireccional debido a que la informacin fluye es una sola direccin, de la CPU a la memoria a los elementos de entrada y salida. La CPU sola puede colocar niveles lgicos en las n lneas de direccin, con la cual se genera 2n posibles direcciones diferentes. Cada una de estas direcciones corresponde a una localidad de la memoria dispositivo de E / S.Los microprocesadores 8086 y 8088 usados en los primeros computadores personales (PC) podan direccionar hasta 1 megabyte de memoria (1.048.576 bytes). Es necesario contar con 20 lneas de direccin. Para poder manejar ms de 1 megabyte de memoria , en los computadores AT (con procesadores 80286) se utiliz un bus de direcciones de 24 bits, permitiendo as direccionar hasta 16 MB de memoria RAM (16.777.216 bytes). En la actualidad los procesadores 80386DX pueden direccionar directamente 4 gigabytes de memoria principal y el procesador 80486DX hasta 64 GB.

Bus de Datos : Este es un bus bidireccional, pues los datos pueden fluir hacia desde la CPU. Los m terminales de la CPU, de D0 - Dm-1 , pueden ser entradas salidas, segn la operacin que se este realizando ( lectura escritura ) . en todos los casos, las palabras de datos transmitidas tiene m bits de longitud debido a que la CPU maneja palabras de datos de m bits; del nmero de bits del bus de datos, depende la clasificacin del microprocesador.En algunos microprocesadores, el bus de datos se usa para transmitir otra informacin adems de los datos ( por ejemplo, bits de direccin informacin de condiciones ). Es decir, el bus de datos es compartido en el tiempo multiplexado. En general se adopt 8 bits como ancho estndar para el bus de datos de los primeros computadores PC y XT. Usualmente el computador transmite un caracter por cada pulsacin de reloj que controla el bus (bus clock), el cual deriva sus pulsaciones del reloj del sistema (system clock). Algunos computadores lentos necesitan hasta dos pulsaciones de reloj para transmitir un caracter.Los computadores con procesador 80286 usan un bus de datos de 16 bits de ancho, lo cual permite la comunicacin de dos caracteres o bytes a la vez por cada pulsacin de reloj en el bus. Los procesadores 80386 y 80486 usan buses de 32 bits. El PENTIUM de Intel utiliza bus externo de datos de 64 bits, y uno de 32 bits interno en el microprocesador.

Bus de Control : Este conjunto de seales se usa para sincronizar las actividades y transacciones con los perifricos del sistema. Algunas de estas seales, como R / W , son seales que la CPU enva para indicar que tipo de operacin se espera en ese momento. Los perifricos tambin pueden remitir seales de control a la CPU, como son INT, RESET, BUS RQ.Las seales ms importantes en el bus de control son las seales de cronmetro, que generan los intervalos de tiempo durante los cuales se realizan las operaciones. Este tipo de seales depende directamente del tipo del microprocesador.Arquitectura von Neumann y arquitectura HarvardHay dos arquitecturas distintas relacionadas con el uso y distribucin de la memoria:Arquitectura de von NeummanyArquitecturaHarvard.

Arquitectura de von Neumann:Tradicionalmente los sistemas con microprocesadores se basan en estaarquitectura, en la cual la unidad central de proceso (CPU), est conectada a una memoria principal nica(casi siempre slo RAM) donde se guardan las instrucciones del programa y los datos. A dicha memoria seaccede a travs de un sistema de buses nico (control, direcciones y datos).

En un sistema conarquitectura Von Neumannel tamao de la unidad de datos o instrucciones est fijadopor el ancho del bus que comunica la memoria con la CPU. As un microprocesador de 8 bits con un bus de 8bits, tendr que manejar datos e instrucciones de una o ms unidades de 8 bits (bytes) de longitud. Si tiene queacceder a una instruccin o dato de ms de un byte de longitud, tendr que realizar ms de un acceso a lamemoria.El tener un nico bus hace que el microprocesador sea ms lento en su respuesta, ya que no puede buscaren memoria una nueva instruccin mientras no finalicen las transferencias de datos de la instruccin anterior.

Las principales limitaciones que nos encontramos con laarquitectura Von Neumannson:

La limitacin de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace que elmicroprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas. La limitacin de la velocidad de operacin a causa del bus nico para datos e instrucciones que nodeja acceder simultneamente a unos y otras, lo cual impide superponer ambos tiempos de acceso

Los ordenadores conarquitectura Von Neumannconstan de las siguientes partes:

Laarquitectura Von Neumannrealiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:

1)Obtiene la siguiente instruccin desde la memoria en la direccin indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instruccin.

2)Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccin para apuntar a la siguiente.

3)Descodifica la instruccin mediante la unidad de control. sta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una funcin determinada.

4)Se ejecuta la instruccin. sta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo as operaciones repetitivas.

5)Regresaal paso N 1.

Conclusin:

* La mayora de las computadoras todava utilizan la arquitectura Von Neumann, propuesta a principios de los aos 40 por John Von Neumann.

* La arquitectura Von Neumann describe a la computadora con 4 secciones principales: la unidad lgica y aritmtica (ALU), la unidad de control, la memoria, y los dispositivos de entrada y salida (E/S).

* En este sistema, la memoria es una secuencia de celdas de almacenamiento numeradas, donde cada una es un bit, o unidad de informacin.La instruccin es la informacin necesaria para realizar, lo que se desea, con la computadora.Las celdas contienen datos que se necesitan para llevar a cabo las instrucciones, con la computadora.

* El tamao de cada celda y el nmero de celdas vara mucho de computadora a computadora, y las tecnologas empleadas para la memoria han cambiado bastante; van desde los rels electromecnicos, tubos llenos de mercurio en los que se formaban los pulsos acsticos, matrices de imanes permanentes, transistores individuales a circuitos integrados con millones de celdas en un solo chip.

Arquitectura Harvard:Este modelo, que utilizan losMicrocontroladoresPIC, tiene la unidad central deproceso (CPU) conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de dosbuses diferentes.

Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa (Memoria de Programa), y la otraslo almacena datos (Memoria de Datos).

Ambos buses son totalmente independientes lo que permite que la CPU pueda acceder de formaindependiente y simultnea a la memoria de datos y a la de instrucciones. Como los buses son independientes estos pueden tener distintos contenidos en la misma direccin y tambin distinta longitud.Tambien lalongitud de los datos y las instrucciones puede ser distinta, lo que optimiza el uso de la memoria en general.

Para un procesador deSet de Instrucciones Reducido, oRISC (Reduced Instruccin Set Computer), el setde instrucciones y el bus de memoria de programa pueden disearse de tal manera que todas las instruccionestengan una sola posicin de memoria de programa de longitud.Adems, al ser los buses independientes, la CPU puede acceder a los datos para completar la ejecucin deuna instruccin, y al mismo tiempo leer la siguiente instruccin a ejecutar.

Fabricacin de microprocesadoresLos microprocesadores se fabrican empleando tcnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados, como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura ms compleja que otros chips, y su fabricacin exige tcnicas extremadamente precisas. La fabricacin econmica de microprocesadores exige su produccin masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricacin de microprocesadores consiste en una sucesin de deposicin y eliminacin de capas finsimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que despus de cientos de pasos se llega a un complejo "bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Para el circuito electrnico slo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la dcima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creacin de sustrato, la oxidacin, la litografa, el grabado, la implantacin inica y la deposicin de capas.MICRO CONTROLADORUn microprocesador no es un ordenador completo. No contiene grandes cantidades de memoria ni es capaz de comunicarse con dispositivos de entrada como un teclado, un joystick o un ratn o dispositivos de salida como un monitor o una impresora. Un tipo diferente de circuito integrado llamado microcontrolador es de hecho una computadora completa situada en un nico chip, que contiene todos los elementos del microprocesador bsico adems de otras funciones especializadas. Los microcontroladores se emplean en videojuegos, reproductores de vdeo, automviles y otras mquinas. Un microcontrolador difiere de unaunidad central de procesamientonormal, debido a que es ms fcil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mnimo decircuitos integrados externos de apoyo. La idea es que el circuito integrado se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energa y de informacin que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitir hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los mdulos de entrada y salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de informacin.Un microcontrolador tpico tendr un generador de reloj integrado y una pequea cantidad dememoria de acceso aleatorioy/oROM/EPROM/EEPROM/flash, con lo que para hacerlo funcionar todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal de sincronizacin. Los microcontroladores disponen generalmente tambin de una gran variedad dedispositivos de entrada/salida, comoconvertidor analgico digital,temporizadores,UARTsy buses de interfaz serie especializados, comoI2CyCAN. Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de procesadores especializados. Los modernos microcontroladores frecuentemente incluyen un lenguaje de programacin integrado, como el lenguaje de programacinBASICque se utiliza bastante con este propsito.Los microcontroladores negocian la velocidad y la flexibilidad para facilitar su uso. Debido a que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir funcionalidad, como losdispositivos de entrada/salidao lamemoriaque incluye el microcontrolador, se ha de prescindir de cualquier otra circuitera.Diferencias entre microprocesador y microcontrolador

La configuracin mnima bsica de un Microprocesador esta constituida por un Micro de 40 Pines, Unamemoria RAMde 28 Pines, unamemoria ROMde 28 Pines y un decodificador de direcciones de 18 Pines; Microcontrolador incluye todo estos elementos del Microprocesador en un solo Circuito Integrado por lo que implica una gran ventaja en varios factores: En el circuito impreso por su amplia simplificacin de circuitera. El costo para un sistema basado en Microcontrolador es mucho menor, mientras que para del Microprocesador, es muy alto en la actualidad. Los Microprocesadores tradicionales se basan en la arquitectura de Von Newmann, mientras que los microcontroladores trabajan con arquitectura de harvard. Eltiempode desarrollo de suproyectoelectrnico es menor para los Microcontroladores. Se puede observar en las grficas # 2 y 6, que la principal diferencia entre ambos radica en la ubicacin delregistrode trabajo, que para los PICs se denomina W (Working Register), y para los tradicionales es el Acumulador (A). En los microcontroladores tradicionales todas lasoperacionesse realizan sobre el acumulador. La salida del acumulador esta conectada a una de las entradas de la Unidad Aritmtica yLgica(ALU), y por lo tanto este es siempre uno de los dos operandos de cualquier instruccin, las instrucciones de simple operando (borrar, incrementar, decrementar, complementar), actan sobre el acumulador. En los microcontroladores PIC, la salida de la ALU va al registro W y tambin a la memoria de datos, por lo tanto el resultado puede guardarse en cualquiera de los dos destinos. La gran ventaja de esta arquitectura(Microcontroladores ) es que permite un granahorrode instrucciones ya que el resultado de cualquier instruccin que opere con la memoria, ya sea de simple o doble operando, puede dejarse en la misma posicin de memoria o en el registro W, segn se seleccione con un bit de la misma instruccin . Las operaciones con constantes provenientes de la memoria de programa (literales) se realizan solo sobre el registro W.