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Diferencia entre revisiones de «Unidat central de procesamiento»

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Una '''Unidat Central de Procesamiento''' ('''UCP''' u más conoixita por as suyas sieglas en anglés '''CPU''' de ''Central Processing Unit'') dita coloquialment como '''''procesador''''' ye un component electronico [[dichital]] capable d'interpretar instruccions de forma ordenata, de procesar [[dato]]s y chenerar a [[información]] requiesta. En a CPU s'executan as instruccions d'os programas y se controla o funcionamiento d'os diferents components de l'ordinador. Gosa estar integrata en un chip dito [[microprocesador]].
 
Ye constituyitaconstituita por dos unidatz funcionals: a unidat aritmetico-lochica, y a unidat de control.
 
== Historia ==
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[[Imachen:Eniac.jpg|thumb|250px|Programando l'ENIAC]]
[[Imachen:EDVAC.png|thumb|250px|Vista de l'EDVAC con a unidat de cinta foratata a o fondo]]
As primeras CPU fuoron disenyatas a mida como parti d'un ordinador mas gran, manimenos, iste costoso metodo de disenyar as CPU a mida, ta una aplicación particular, ha desapareixito y ha estato sustituyitosustituito por o desenvolique de clases de CPU baratas y estandarizatas adaptatas ta diferents propositos. Ista estandarización prencipió en a era d'os [[transistor]]s discretos, [[Ordinador central|computadors centrals]], y [[Microordinador|microcomputadors]], y s'aceleró ascape con a popularización d'o [[circuito integrato]], isto ha permitito que sían disenyatos y fabricatos procesadors mas complexos en espacios chicotz. Tanto a miniaturización como a estandarización d'as CPU han aumentato a presencia d'istos dispositivos dichitals en a vida moderna dillá d'as aplicacions limitatas de maquinas de computación adedicatas. Os [[microprocesador]]s modernos son presents por tot.
 
Antis d'a plegata d'as maquinas parellanas a las unidatz centrals de proceso de hue día, os ordinadors como l'[[ENIAC]] heban d'estar recableyatos fisicament antis d'executar cada faina, por ixo se les deciba ''"ordinadors de programa fixo"'' (en anglés ''fixed-program computers''), porque heban d'estar reconfiguratos ta poder executar un nuevo programa. Ya que o termin “unidat central de proceso” se define por un regular como un dispositivo ta a execución de ''software'' ([[programa informatico]]), os primers aparatos que podrían recibir ista denominación estioron ordinadors con programas embebidos.
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Encara que por un regular s'atribuye o disenyo d'os programas almadazenatos en l'ordinador a von Neumann debito a d'o suyo disenyo de l'EDVAC, antis mas atros investigadors com [[Konrad Zuse]] ya heben sucherito y implementato ideyas pareixitas. Amás a dita [[arquitectura Harvard]] d'o [[Harvard Mark I]], que fue finalizata antis que l'EDVAC, tamién emplegaba un disenyo de programa almadazenato a traviés de [[cinta foratata]] en cuentas de memoria electronica. A esferencia fundamental entre as arquitecturas de von Neumann y Harvard ye que a zaguera desepara l'almadazenamiento y o tractamiento d'as instruccions y os datos, mientres que a primera fa servir o mismo espacio de memoria ta as dos. A mayoría d'as unidatz centrals de proceso de hue día siguen o disenyo de von Neumann pero tamién ye habitual trobar elementos de l'arquitectura Harvard.
 
Como totz os dispositivos [[Sistema dichital|dichitals]], as unidatz centrals de proceso nomas pueden tractar un numero limitato d'estatos y, por tanto, requieren de bells elementos de commutación tal poder diferenciar y cambear istos estatos. Antis d'o desenvolique comercial d'o [[transistor]] os elementos de commutación que s'emplegaban habitualment yeran os [[relé]]s y as [[Valvula de bueito|valvulas de bueito]] u termoionicas. Encara que istos dispositivos presentaban avantallas de velocidat sobre os precedents, purament mecanicos, yeren poco fiables por diferents razons, por eixemplo, ta reyalizarrealizar un cercuito de [[lochica seqüencial]] en [[corrient contina]] con relés yera menester ta correchir o problema d'as vibracions d'o contacto. Encara que as valvulas termoionicas no teneban o problema d'a vibración d'o contacto, heban de fer-se escalfar antis de poder plegar a estar operativas de tot y eventualment deixar de funcionar debito a la chicota contaminación d'os suyos catodos que se produciba con o funcionamiento normal. Quan fallaba a estanqueidat s'aceleraba a contaminación d'o catodo. Quan una valvula fallaba caleba proceder a un diagnostico d'a CPU ta mirar de localizar o component afectato y proceder a o suyo reemplazamiento. En conseqüencia os primers ordinadors electronicos basatos en valvulas termoionicas yeren mas rapedos pero menos fiables que os ordinadors electromecanicos basatos en relés.
 
Os ordinadors construyitosconstruitos en base a las valvulas termoionicas, como l'EDVAC, funcionaban una meya de ueito horas seguitas sin de fallos, mientres que os ordinadors basatos en relés, mas lentos pero mas antigos, como o Harvard Mark I rarament fallaban.<ref>[http://ed-thelen.org/comp-hist/BRL61.html A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems] Weik, Martin H. (1961). Ballistic Research Laboratories.</ref> En zaguerías as CPU basatas en valvulas de bueito suplantoron a las de relés, a tamas d'os problemas de fiabilidat, a causa d'a esferencia substancial d'a velocidat de proceso que ofreixeban. A mayoría d'as primeras CPU yeran sincronas y treballaban a baixas freqüencias de reloch en contimparación con as disenyos d'a microelectronica actual. As freqüencias d'o sinyal de reloche d'entre 100 [[Hertz|kilohertz]] (kHz) y 4 megahertz (Mhz) yeren comuns en a epoca y yeren limitadta en gran parti a la velocidat de commutación d'os dispositivos que emplegaban.
 
A expresión "unidat central de proceso" ye, en termins chenerals, una descripción d'una cierta clase de maquinas de lochica que pueden executar complexos programas d'ordinador. Ista ampla definición puet facilment estar aplicata a muitos d'os primers ordinadors que existioron muito antis que o termin "CPU" estiese d'amplo uso. Manimenos, o termin en si mesmo y o suyo acronimo han estato en uso en a industria d'a informatica como minimo dende o prencipio d'os anyos 1960.
 
=== CPUs a base de transistors y circuitos integratos ===
[[Imachen:PDP-8i cpu.jpg|250px|thumb|Una CPU construyitaconstruita con cercuitos integratos de meyana integración. Corresponde a l'ordinador PDP-8 (1965) de [[Digital Equipment Corporation]], en a fotografía tamién apareixe a memoria de nuclios de ferrita, o bus externo, a interficie TTY y a interficie d'o lector de cinta foratata.]]
A complexidat d'os disenyos d'as CPU se fue incrementando a mida que a tecnolochía permitiba a construcción de dispositivos electronicos cada vegata mas chicotz y fiables. A primera d'istas milloras tecnolochicas plegó con l'aparición d'o transistor. As CPU transistorizatas d'as decadas d'o [[anyos 1950|1950]] y [[anyos 1960|1960]] ya no amenistaban d'os dispositivos de commutación frachils y poco fiables como as valvulas de bueito u os relés electromecanicos. Con os transistors se construyioronconstruyoron CPUs sobre un u varios [[Cercuito impreso|cercuitos impresos]] que conteneban components discretos.
 
Mientres iste periodo apareixió un nuevo metodo de fabricación de transistors que permitiba de creyar grupos de transistors sobre material semiconductor ocupando muit poco espacio, yera o naiximiento d'os [[Circuito integrato|circuitos integratos]]. Istos dispositivos permetiban a creyación d'un gran numero de transistors en un unico bloque de material semiconductor (''die'') u chip. En primeras nomás se facioron integracions miniaturizatas de cercuitos muit basicos como as [[Puerta lochica|portas lochicas]] de tipo [[Puerta NOR|NOR]]. As CPU basatas en istos bloques son conoixitas por un regular como dispositivos de ''baixa integración'' (SSI, en as sieglas anglesas de ''small-scale integration''). Iste tipo de cercuitos de ''baixa integración'', como os que fuoron emplegatos en os ordinadors d'as naus d'o [[programa Apollo]], a soben incorporaban una decena de transistors en cada bloque. Por tanto ta la construcción d'una CPU caleba fer servir mils de chips, pero encara o espacio y a enerchía requiestos yeran muito inferiors que en o caso d'as basatas en transistors discretos. A mida que abanzaba a tecnolochía d'a [[microelectronica]] y s'incrementava o numero de transistors que se podeban integrar en os cercuitos fue disminuyindodisminuindo o numero de cecuitos integratos necesarios ta construyirconstruir una CPU completa. Os cercuitos de meyana integración (MSI de ''Medium-scale integration'') portiaban un centenar de transistors mientres que os de gran integración (LSI de ''Large-scale integration'') ya podeban plegar a os 10.000.
 
O [[1964]] [[IBM]] presentar l'arquitectura System/360 que fue emplegata en una serie d'ordinadors que podeban executar os mesmos programas en diferents velocitatsvelocidats y rendimiento. Iste feito estió una novedat significativa ya que dica alavez a mayoria d'os ordinadors, incluyitos los d'un mesmo fabricant, yeran incompatibles entre ells. Ta fer posible ista millora IBM emplego o concepto de [[microcodigo]] que encara ye habitual en as CPUs modernas.<ref>[http://www.research.ibm.com/journal/rd/441/amdahl.pdf ''Architecture of the IBM System/360'']. Amdahl, G. M., Blaauw, G. A., & Brooks, F. P. Jr. (1964) IBM Research.</ref> L'arquitectura System/360 gosó estar tan popular que dominó o mercato d'os [[Ordinador central|ordinadors centrals]] mientrescadas y deixando un legato que contina estando emplegato en ordinadors modernos como a serie System z ([[2000]]) d'IBM. O mesmo anyo 1964, Digital Equipment Corporation (DEC) presentó unatro ordinador que tenió una gran enfluyencia, o PDP-8, destinato a o mercato d'os ordinadors scientificos y de rechira. Mas tardi DEC presentaría a linia PDP-11 que gosaría estar muit popular y que orichinalment se basaba en cercuitos de baixa integración pero que pasó a emplegar components de gran integración quan estioron rentables. En contraste con os suyos predecesors basatos en circuitos de baixa y meya integración, a primera implementación d'o PDP-11 que emplegaba components de gran integración levaba una CPU nomas basata en quatre circuitos integratos.<ref>[http://www.computer.museum.uq.edu.au/pdf/EK-LSI11-TM-003%20LSI-11%2C%20PDP-11-03%20User's%20Manual.pdf "LSI-11 Module Descriptions"] LSI-11, PDP-11/03 Manual de l'usuari. Maynard, Massachusetts: Digital Equipment Corporation. pàg. 4–3. Digital Equipment Corporation (3ª edición, 1976).</ref>
 
Os ordinadors basatos en transistors presentaban muitas avantallas respecto a os suyos predecesors, amás d'a millor fiabilidat y o menor consumo d'enerchía, os transistors permitioron que as CPUs podesen funcionar a velocidatz muito mas altas gracias a que o tiempo de commutación d'un transistor ye encara mas chicotas que o d'as valvulas de bueito u os relés. Gracias a istos dos elementos, o incremento d'a fiabilidat y o grandismo incremento d'a velocidat de commutación, a freqüencia de reloch d'as CPUs s'incrementó dica gosar arribar a decenas de megahertzs. Mientres a utilización d'o transistors y os cercuitos integratos esdeveniba habitual, se prencipió a experimentar en nuevos disenyos d'alto rendimento como o [[SIMD]] (''Single Instruction Multiple Data'') utilizato en os [[Procesador vectorial|procesadors vectorials]]. Istos modelos experimentals levarían a o desenvolique d'os [[supercomputador]]s como os fabricatos por a interpresa [[Cray Inc.]]
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L'aparición d'os [[microprocesador]]s en a [[anyos 1970|decada de 1970]] afectó de traza significativa a o disenyo y a implementación d'as CPUs. Dende a introducción en 1970 d'o primer microprocesador, l'[[Intel 4004]] y d'o primero que s'emplegó de traza corrient en as CPUs, l'[[Intel 8080]] d'o [[1974]], a implementación de CPUs en base a microprocesadors ha suplantato quasi de tot a os atros metodos alternativos. Os fabricants de [[miniordinador]]s y [[Ordinador central|ordinadors centrals]] d'aquella epoca adoptoron os suyos propios programas de desenvolique d'os suyos propios cercuitos integratos ta mirar d'actualizar as suyas antigas [[Arquitectura (informatica)|arquitecturas]] y producioron microprocesadors con un [[Conchunto d'instruccions|chuego d'instruccions]] que aseguravan a compatibilidat con o [[software]] d'os suyos modelos antigos.
 
As anteriors cheneracions de CPUs heban estato implementatas como un conchunto de components discretos y numerosos circuits integratos sobre un u mas circuitos impresos. D'atra man, os microprocesadors son construyitos con un chicot numero de circuitos integratos, por un regular un nomás, con un nivel muit alto d'integración ([[VLSI]] de ''Very Large Scale Integration''). A mida reducitaredueita d'as CPUs son o resultato d'estar implementatas sobre un unico bloque de material semiconductor (''die''), de traza que o factor de forma leva un tiempo de commutación mas chicot a la vegata que disminuye a [[capacitancia]] parasita d'as [[Puerta lochica|puertas]].
 
Isto ha feito que os microprocesadors sincronso tiengan freqüencias de reloch dende bellas decenas de megahertzs dica bells gigahertzs. Amás a mas, a mida que a evolución d'a tecnolochía ha permitito a construcción de transistors de mida muit chicota sobre un cercuito integrato, a complexidat y o numero de transistors que contiene una CPU s'ha incrementato exponencialment. Ista tendencia ye descrita por a [[lai de Moore]], que ha contrimostrato estar prou exacta en as suyas prediccions sobre o creixemient d'a complexitat d'as CPUs y d'atros tipos de cercuitos integratos.
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Estió a primera arquitectura de CPUs, os suyos inicios se remontan a la decada d'os 1960 y 1970, ye prou economica, tien pocas errors, a suya arquitectura ye muit complexa, o suyo sistema de treballo se basa en microprogramación y as instruccions son decodificatas internament y executatas con una serie de microinstruccions almadazenatas en a ROM. La usan [[Intel]] y [[AMD]] a ran externo.
 
'''Overcloking:''' Se puet incrementar a la fuerza a velocidat de relloch d'a CPU. Encara que os fabricants no lo aconsellan asinas se puet aconseguir un mayor rendimiento de l'ordinador ya que cal para cuenta que ye o ritmo d'os ciclos de reloch o que marca o ritmo en què l'ordinador procesa as instruccions. o prencipal efecto negativo de l'overclocking ye que reduixereduce substancialment o tiempo de vida d'o procesador.
 
''CPU Mobile'': Gosa estar emplegata por os ordinadors portatils y ye intresant porque desactiva as partis d'a CPU que no emplega conseguindo asinas conservar mas enerchía en a batería.
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== Procesadors vectorials y o SIMD ==
Un menos común pero cada vegata mas important paradigma de CPU (y de fet, de computación en cheneral) tracta con vectors. Como diz o suyo nombre, os procesadors vectorials s'ocupen de múltiples piezas de datos en o contexto d'una instrucción, isto contrasta con os procesadors escalars, que tractan una pieza de dato por cada instrucción. Istos dos esquemas d'ocupar-se d'os datos son por un regular referitos respectivament como SISD (''Single Instruction, Single Data'', en aragonés ''Simple Instrucción, Simple Dato'') y SIMD (''Single Instruction, Multiple Data'', en aragonés ''Simple Instrucción, Multiples Datos''). A gran utilidat de creyar CPUs que s'ocupen de vectors de datos radica en a optimización de tareas que gosan requerir a mesma operación, por eixemplo, una suma, u un producto escalar, a estar reyalizata en un gran conchunto de datos. Bells eixemplos clasicos d'istos tipos de tareas son as aplicacions multimedia (imachens, vidio, y sonito), asinas como muitos tipo de tareas scientificas y d'incheniería. Mientres que una CPU escalar ha de completar tot o proceso de leyer, decodificar, y executar cada instrucción y valor en un conchunto de datos, una CPU vectorial puet reyalizar una simple operació en un comparativament gran conchunto de datos con una sola instrucción. Ixo, prou que sí, ye nomás posible quan l'aplicación gosa requerir muitos pasos que apliquen una operación a un conchunto gran de datos.
A mayoría d'o primers CPU vectorials, como o Cray-1, yeran asociatos quasi exclusivament con aplicacions d'investigación scientifica y criptografia. Manimenos, a mida que a multimedia se desplazó en gran parti a meyos dichitals, ha gosato estar significativa a necesidat d'una cierta forma de SIMD en CPUs de proposito cheneral. Poco dimpués que prencipiase a estar común encluyirincluyir unidatz de coma flotant en procesadors d'uso cheneral, tamién prencipioron a apareixer especificacions y implementacions d'unidatz d'execución SIMD ta as CPU d'uso cheneral. Bellas d'istas primeras especificacions SIMD, como o MMX de Intel yeran nomás ta numers enters. Ixo demostró estar un impedimento significativo ta bells desenvolicadors de ''software'', ya que muitas d'as aplicacions que se beneficiaban d'o SIMD tractaban mas que mas con numers de coma flotant. Progresivament, istos primers disenyos fuoron refinatos y refeitos en bella d'as comuns, modernas especificacions SIMD, que por un regular son asociatas a un ISA. Bells eixemplos modernos notables son o SSE de Intel y o AltiVec relacionato con o PowerPC (tamién conoixito como VMX).
 
== Referencias ==
Obteniu de "https://an.wikipedia.org/wiki/Unidat_central_de_procesamiento"