Unidat central de procesamiento

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Una Unidat Central de Procesamiento (UCP u mas conoixita por as suyas siglas 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 datos 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 constituita por dos unidaz funcionals: a unidat aritmetico-lochica, y a unidat de control.

Historia

Vista parcial d'o Harvard Mark I, un ordinador electromecanico de 1944

Programando l'ENIAC

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 substituyiu por o desembolique de clases de CPU baratas y standardizatas adaptatas ta diferents propositos. Ista estandardización prencipió en a era d'os transistors discretos, computadors centrals, y microcomputadors, y s'aceleró a escape con a popularización d'o circuito integrato, isto ha permitito que sían disenyatos y fabricatos procesadors mas complexos en espacios chicoz. Tanto a miniaturización como a estandardización d'as CPU han augmentato a presencia d'istos dispositivos dichitals en a vida moderna dillá d'as aplicacions limitatas de maquinas de computación adedicatas. Os microprocesadors modernos son presents por tot.

Antis d'a plegata d'as maquinas parellanas a las unidaz 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.

A idea d'almadacenar os programas informaticos ya yera present en os disenyos de J. Presper Eckert y John William Mauchly ta l'ENIAC, pero heba estato descartata ta poder finalizar a maquina a escape. O 30 de chunio de 1945, antis de que se rematase l'ENIAC, o matematico John von Neumann difundió o documento titulato First Draft of a Report on the EDVAC (Primer borrador d'un informe sobre l'EDVAC). En iste documento describió o disenyo d'un ordinador con programa almadacenato que estió rematato de tot en agosto de 1949.^[1] L'EDVAC fue disenyato ta executar un cierto numero d'instruccions de diferents tipos. Istas instruccions podeban estar combinatas ta creyar programas útils ta o funcionamiento de l'EDVAC. De traza significativa, os programas escritos ta l'EDVAC yeran almadacenatos en a memoria d'alta velocitat de l'ordinador en cuentas de estar definitos por medio d'o cableyato fisico de l'ordinador. Con ixo se superó una d'as limitacions importants de l'ENIAC que necesitava d'una gran cantidat de tiempo y esfuerzo ta reconfigurar l'ordinador ta poder executar una nueva faina. Con o disenyo de von Neumann o programa u software que executaba l'EDVAC podeba estar reprogramato de traza simpla cambiando o contenito d'a memoria de l'ordinador.^[2]

Encara que por un regular s'atribuye o disenyo d'os programas almadacenatos 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 almadacenato a traviés de cinta foratata en cuentas de memoria electronica. A diferencia fundamental entre as arquitecturas de von Neumann y Harvard ye que a zaguera desepara l'almadacenamiento 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 unidaz centrals de proceso de hue día siguen o disenyo de von Neumann pero tamién ye habitual trobar elementos de l'arquitectura Harvard.

Como toz os dispositivos dichitals, as unidaz centrals de proceso nomas pueden tractar un numero limitato d'estatos y, por tanto, requieren de bels elementos de commutación tal poder diferenciar y cambear istos estatos. Antis d'o desembolique comercial d'o transistor os elementos de commutación que s'emplegaban habitualment yeran os relés y as 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 realizar un circuito de lochica secuencial 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. Cuan fallaba a estanqueidat s'aceleraba a contaminación d'o catodo. Cuan 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 consecuencia os primers ordinadors electronicos basatos en valvulas termoionicas yeren mas rapedos pero menos fiables que os ordinadors electromecanicos basatos en relés.

Os ordinadors construitos 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.^[3] 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 diferencia substancial d'a velocidat de proceso que ofreixeban. A mayoría d'as primeras CPU yeran sincronas y treballaban a baixas frecuencias de reloch en contimparación con as disenyos d'a microelectronica actual. As frecuencias d'o sinyal de reloche d'entre 100 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" fuese 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

Una CPU construita con circuitos 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 chicoz y fiables. A primera d'istas milloras tecnolochicas plegó con l'aparición d'o transistor. As CPU transistorizatas d'as decadas d'o 1950 y 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 construyoron CPUs sobre un u varios circuitos 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 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 circuitos muit basicos como as portas lochicas de tipo NOR. As CPU basatas en istos bloques son conoixitas por un regular como dispositivos de baixa integración (SSI, en as siglas anglesas de small-scale integration). Iste tipo de circuitos 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 circuitos fue disminuindo o numero de cecuitos integratos necesarios ta construir una CPU completa. Os circuitos 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 velocidats 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 éls. Ta fer posible ista millora IBM emplego o concepto de microcodigo que encara ye habitual en as CPUs modernas.^[4] L'arquitectura System/360 gosó estar tan popular que dominó o mercato d'os 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 influencia, o PDP-8, destinato a o mercato d'os ordinadors cientificos y de rechira. Mas tardi DEC presentaría a linia PDP-11 que gosaría estar muit popular y que orichinalment se basaba en circuitos de baixa integración pero que pasó a emplegar components de gran integración cuan 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 cuatre circuitos integratos.^[5]

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 velocidaz 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 frecuencia de reloch d'as CPUs s'incrementó dica gosar arribar a decenas de megahertzs. Mientres a utilización d'o transistors y os circuitos integratos se convertiba en habitual, se prencipió a experimentar en nuevos disenyos d'alto rendimento como o SIMD (Single Instruction Multiple Data) utilizato en os procesadors vectorials. Istos modelos experimentals levarían a o desembolique d'os supercomputadors como os fabricatos por a empresa Cray Inc.

Microprocesadors

Imachen d'o circuito integrato d'un Intel 8742 de 8 bits, que incorpora en o mesmo chip una CPU a 12 MHz, 128 bytes de RAM, 2048 bytes d'EPROM de dentratas/salitas

Imachen d'un microprocesador Intel 80486DX2 amostrando o bloque de semiconductor (die), 12 × 6,75 mm

Ta más detalles, veyer l'articlo Microprocesadorveyer os articlos [[{{{2}}}]] y [[{{{3}}}]]veyer os articlos [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] y [[{{{6}}}]]veyer os articlos [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] y [[{{{10}}}]].

L'aparición d'os microprocesadors en a 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 cuasi de tot a os atros metodos alternativos. Os fabricants de miniordinadors y ordinadors centrals d'aquella epoca adoptoron os suyos propios programas de desembolique d'os suyos propios circuitos integratos ta mirar d'actualizar as suyas antigas arquitecturas y producioron microprocesadors con un 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 construitos 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 redueita 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 puertas.

Isto ha feito que os microprocesadors sincronso tiengan frecuencias de reloch dende bellas decenas de megahertzs dica bels gigahertzs. Amás a mas, a mida que a evolución d'a tecnolochía ha permitito a construcción de transistors de mida muit chicota sobre un circuito 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 circuitos integratos.

Mientres que a complexitat, a mida, a construcción y a forma cheneral d'as CPUs ha cambiato muitismo en os zaguers seisanta anyos, cal remarcar que o disenyo de base y a función no han cambiato guaire. Cuaise totas as CPUs actuals pueden estar descritas de traza precisa como maquinas con programa almadacenato de von Neumann. Mientres que a debandita lei de Moore contina estando valida han prencipiato a apareixer cuestions arredol d'os limites d'os circuitos integratos de transistors. A extrema miniaturización d'as puertas electronicas ha feito que bels efectos antis poco intresants s'haigan tornato cada vegata mas importants, en son eixemplos a electromigración (a degradación progresiva d'as interconexions metalicas que comporta una perduga d'a fiabilidat d'os circuitos integratos) y as corrients de fuyita (que son as responsables d'un sobreconsumo d'enerchía electrica). Istos nuevos problemas son entre muitos d'atros, bel uns d'os factors que han levato a os investigadors a la rechira de nuevas tecnolochías como a computación cuantica a la vegata que s'abanza en a utilización d'a computación paralela y d'atros metodos que estendillan a utilización d'o modelo clasico de von Neumann.

Os recients procesadors multi nuclio contan con a presencia de cuantos nuclios aintro d'un solo circuito integrat, a suya eficacia pende muito d'a topolochía d'a interconnexión entre os nuclios. Bellas nuevas aproximacions como a superposición d'a memoria (en anglés memory stacking) son en estudio y habrían de conducir a una millora d'o rendimiento. As previsions basatas en a tendencia d'os zaguers 10 anyos indicarían que os procesadors habrían de blincar d'o petaflop arredol de l'anyo 2010 ta os servidors y o 2012 en o caso d'os ordinadors personals. O supercomputador militar IBM Roadrunner estió o primero en trescruzar ista barrera en chunio de 2008^[6] y poco dimpués, en noviembre d'o mesmo anyo, o supercomputador Jaguar de Cray Inc. tamién lo fació.^[7]

Elementos

Os procesadors cuasi siempre son en forma de Circuito Integrato

Os microprocesadors modernos son integratos por millons de transistors y atros components empaquetatos en una capsula de grandaria variable seguntes as necesidaz de l'aplicación d'a CPU y que van actualment dende a grandaria d'un grano de lentella dica o de cuasi una galleta. As partis lochicas que componen un microprocesador son, entre atras:

Unidat aritmetico-lochica

A unidat aritmetico-lochica, UAL u ALU (en anglés Arithmetic Logical Unit) realiza una operación seguntes o "codigo d'operación" (en anglés operation code) indicato por a Unidat de Control. Ista operación puet estar aritmetica (suma, resta, divisió u multiplicación), lochica (AND, OR, XOR..), u un desplazamiento d'os bits d'a variable (shift).

Unidat de control

A unidat de control ye una unidat incluyita en a CPU encargata de leyer as instruccions maquina almadacenatas en a memoria prencipal y de chenerar os sinyals de control necesarios ta controlar y coordinar a resta d'as unidat funcionals d'un ordinador con o proposito de executar as instruccions leyitas.

Rechistros

Ta más detalles, veyer l'articlo Rechistros d'a CPUveyer os articlos [[{{{2}}}]] y [[{{{3}}}]]veyer os articlos [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] y [[{{{6}}}]]veyer os articlos [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] y [[{{{10}}}]].

Son chicotas unidaz que almadacenan datos d'o procesador, a capacidat d'os rechistros será una u una atra. Por eixemplo en arquitecturas de 64 bits, os rechistres son de 64 bits. En procesadors Pentium, son de 32 bits. Y en microcontroladors, gosan estar de 8 bits. Se pueden implementar con flip-flops u, actualment, con fichers de rechistros (Static RAM).

Memoria cache

Como l'acceso a memoria prencipal ye muit lento en comparación con as velocidaz d'o procesador, en procesadors con ciertas prestacions se gosa emplegar una memoria a meyo camín que mantiene una copia d'os datos de memoria, dita memoria cache, ta suavizar ista diferencia de velocidaz.

Caracteristicas

A CPU dota a l'ordinador d'a suya capacidat mas fundamental, a capacidat de programar-lo, y ye un d'os components absolutament necesarios ta montar cualsiquier ordinador chunto con os puertos de dentrata y salita. Una CPU puet estar integrada en un sistema como yera o caso d'os primers computadors u en un solo chip (SoC) y si ye asinas se diz microprocesador. En primerías d'os anyos 70 os microprocesadors cada vegata yeran mas complexos y poquet a poquet substituyoron a resta de disenyos que emplegaban diversos chips fendo que hue en día o termin procesador u CPU s'use habitualment ta referir-nos a cualsiquier microprocesador.

A forma y o disenyo d'as CPU han ito variando drasticament a o largo d'os anyos pero as caracteristicas basicas d'o funcionamiento en realidat no han variato tanto a o largo d'os anyos. As antigas CPU yeran montatas en computadors d'un solo proposito (por eixemplo una maquina expendedora de bebitas) ixo feba que calese disenyar una CPU especifica ta cada tipo de fairan encarecindo muito o cost, mas entabant s'aconseguiría fabricar CPU preparatas ta executar mas d'un programa estando o primer paso ta plegar a o que hue conoixemos como Computador Personal (PC). Con a expansión d'os transistors CMOS y l'uso d'os circuitos integratos plegó a estandardización en a fabricación d'as CPU. Asinas, o circuito integrato ha permitito ir augmentando a complexidat d'os microprocesadors continament (seguindo a lei de Moore) dica conseguir disenyar-los en chicoz espacios de nomás bels milimetros. A miniaturización y estandardización d'as CPU ha incrementato a presencia de dispositivos dichitals en a vida moderna luent d'as limitatas aplicacions d'as primeras UCP. Os microprocesadors modernos apareixen en cuasi cualsiquier dispositivo, dende automobils dica ordinadors pasando por telofonos mobils, reproductors de musica portatils u chuguetz ta os ninos por eixemplo.

Os investigadors son estudiando nuevos metodos de computación como a ordinador cuantico, l'ampliación d'o paralelismo, y atras mas.

CPU en o PC moderno

Parametros significativos d'un procesador son l'amplo de banda d'o suyo bus, mesurato por un regular en bits, a frecuencia d'o ciclo de reloch, mesurata en hertzs y a grandaria d'a memoria cache mesurata en kilobytes.

Bi ha diversos fabricants de microprocesadors (bel uns d'éls son IBM, Intel, Zilog, Motorola, Cyrix, AMD). Como s'ha visto, a lo largo d'a historia y dende a suya primera implementación os microprocesadors han amillorato muitismo a suya capacidat pasando d'os antigos modelos Intel 8080, Zilog Z80, Motorola 6809 a os recients Intel Itanium, Transmeta Efficeon u Cell. Actualment os nuevos micros pueden tractar instruccions de dica 256 bits, habendo pasato anteriorment por os de 128, 64, 32, 16, etc.

Dende os anyos 60, cuan comencipia o desembolique d'ista tecnolochía, a evolución d'o procesadors sigue alto u baixo a dita lai de Moore, que en resumen afirma que cada 18 mesos o numero de transistors que se pueden integrar en un microprocesador se duplica.

Funcionamento d'un procesador

Toz os datos procedents de cualsiquier periferico u unidat d'almadacenamiento d'o PC plegan a la memoria RAM. O microprocesador alavez ye capable de leyer a información contenita en istas adrezas de memoria en un orden determinato habitualment por o sistema operativo.

D'a RAM a la CPU se troba o dito bus de sistema que funciona a velocidaz muit altas (actualment entre 400-1066MHz).

A CPU simplament procesa os datos y los torna a alzar en a RAM y o destín gracias a la suya connexión fisica con o procesador será capable de leyer de nuevo d'o bus de datos a posición de memoria deseyata.

Seguntes a velocidat d'o bus de sistema y un factor multiplicativo s'obtiene a frecuencia a la que treballa o procesador (ex: 200 MHz×4=800 MHz).

CPU (Control Process Unit) Unidat de control de proceso.

Caracteristicas:

A frecuencia de treballo d'o procesador gosa mesurar-se en GHz o MHz, (ye lo que os usuarios a soben y equivocadament dicen velocidat d'o sistema)
A cantidat de memoria cache interna de que disposa
Conchuntos de instruccions soportatas (3dNow, EM64T, ...)

'Tipos de connexión d'a CPU:'

Socket: Ista connexión ye la que emplegan a mayoría d'os ordinadors, gosa estar cuadrata y ye plena de contactos menos en un d'os suyos extremos, a on que'n i manca un ta que asinas o procesador nomás pueda encaixar d'una manera. Tamién se gosa incorporar un disipador enchegato con pegamento termica y un ventilador dencima. No toz os procesadors encaixen en toz os sockets, por exemple os procesadors AMD Athlon Socket 939 no encaixen en un Socket LGA 775 (socket unicament aplicable a una CPU Intel), mientres que os procesadors Intel no son compatibles a un Socket 939.

Slot:

1 (Intel)
A (AMD)

Os slots apareixioron en zaguerías d'os anyos 90. Utilizaban como CPU una especie de cartucho que necesitaba una ranura especial ta ficar-ie a CPU y yeran diferents entre Intel y AMD.

A CPU utiliza rechistros.
A CPU ye muit cara encara que gracias a lai de Moore baixa a escape de pre. Os pres d'a CPU vienen marcatos mas que mas por a cheneración a la que perteneixe o procesador, dimpués un segundo factor decisivo será a velocidat d'o reloch.

L'arquitectura d'a CPU puet estar:

RISC:(Reduced Instruction Set Computer)

A filosofía d'os procesadors RISC apareixió d'a necesidat d'augmentar a eficacia d'as CPU, ye basata en l'arquitectura CISC y consiste en treballar con instruccions mas simplas, ixo permite que os procesadors sían mas rapedos y eficients pero tamién fa que as CPU pendan de compiladors mas complexos. Bels modelos que la usan son PowerPC (MAC), SPARC

CISC:(Complex Instruction Set Computer)

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 almadacenatas 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 parar 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 reduce 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.

Doble nuclio vs Hyper-Threading

Un processador single-threaded puet executar nomás una secuencia d'instruccions (thread) a o mesmos tiempo de forma succesiva. Asinas iste tipo de procesadors son poco apropiatos ta entornos multitarea encara que debito a la dificultat ta serializar o disenyo d'os procesadors HyperThreading han estato emplegatos poco dica l'actualidat.

Un procesador con tecnolochía HyperThreading puet executar en un solo bus d'adrezas a o menos dos secuencias de traza paralela conseguindo aproveitar millor os recursos.

En l'actualidat os procesador con tecnolochía de nuclio doble (Dual Core) contienen 2 nuclios d'execución. Por tanto se consigue a execución paralela real d'as dos secuencias. En executar 2 secuencias, cadaguna ferá servir un nuclio d'execución independient, concepto diferent a o HyperThreading. Asinas por eixemplo un procesador con nuclio doble y tecnolochía HyperThreading de 2 brancas permite executar 4 secuencias cuasi en paralelo obtenindo asinas un mayor rendimiento.

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 realizata en un gran conchunto de datos. Bels eixemplos clasicos d'istos tipos de tareas son as aplicacions multimedia (imáchens, vidio, y sonito), asinas como muitos tipo de tareas cientificas 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 realizar una simple operació en un comparativament gran conchunto de datos con una sola instrucción. Ixo, prou que sí, ye nomás posible cuan 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 cuasi exclusivament con aplicacions d'investigación cientifica y criptografia. Manimenos, a mida que a multimedia se desplazó en gran parti a medios 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 incluyir unidaz de coma flotant en procesadors d'uso cheneral, tamién prencipioron a apareixer especificacions y implementacions d'unidaz d'execución SIMD ta as CPU d'uso cheneral. Bellas d'istas primeras especificacions SIMD, como o MMX de Intel yeran nomás ta numeros enters. Ixo demostró estar un impedimento significativo ta bels desembolicadors de software, ya que muitas d'as aplicacions que se beneficiaban d'o SIMD tractaban mas que mas con numeros 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. Bels eixemplos modernos notables son o SSE de Intel y o AltiVec relacionato con o PowerPC (tamién conoixito como VMX).

Referencias

↑ Primer borrador d'un informe sobre l'EDVAC John von Neumann, (1945). Stanford University.
↑ Encara que l'EDVAC fue dissenyato bels anyos dimpués de que l'ENIAC estase en construcción, en 1948 l'ENIAC fue dotato d'a funcionalidat d'almadacenar programas, antis d'a finalización de l'EDVAC (1949), a tamas d'o feito d'haber estato descartata d'o disenyo a causa d'os costos y a calendata de finalización
↑ A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems Weik, Martin H. (1961). Ballistic Research Laboratories.
↑ Architecture of the IBM System/360. Amdahl, G. M., Blaauw, G. A., & Brooks, F. P. Jr. (1964) IBM Research.
↑ "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).
↑ Computer science reaches historic breakthrough
↑ Oak Ridge National Laboratory's Cray XT5 "Jaguar" Supercomputer

Se veiga tamién

Vinclos externos

Disenyo de microprocesadors

Advanced Micro Devices - Advanced Micro Devices, un d'os prencipals disenyadors de CPUs d'arquitectura x86 ta ordinadors personals.
ARM Holdings - ARM Holdings ye una d'as pocas companyias que disenyan CPUs y las licencian sin de participar en a fabricación. Os microprocesadors con arquitectura ARM son unos d'os mas populars en o campo d'as aplicacions incrustatas.
Freescale Semiconductor (antis Motorola) - Freescale Semiconductor ha disenyato diversos sistemas incrustatos y SoC d'os procesadors basatos en PowerPC.
IBM Microelectronics – A división de microelectronica d'IBM ye a responsable d'a mayoria d'os disenyos d'os procesadors POWER y PowerPC, amás de muitas d'as CPU utilizatas en as consolas de chuegos.
Intel Corp – Intel ha disenyato cuantas d'as series mas importants de CPUs, com por eixemplo a IA-32 u a IA-64. Tamién produce diversos chips perifericos que emplegan as suyas CPUs.
MIPS Technologies - MIPS Technologies ha desembolicato l'arquitectura MIPS, son pioners en os disenyos de tecnolochía RISC.
NEC Electronics - NEC Electronics, han dembolicato as arquitecturas 78K0 8-bit, 78K0R 16-bit i V850 32-bit.
Sun Microsystems - Sun Microsystems, han dembolicato l'arquitectura SPARC, un disenyo de tecnolochía RISC.
Texas Instruments – A división de semiconductors de Texas Instruments dissenya y produce diversos tipos de microcontroladors amás de muitos atros productos basatos en materials semiconductors.
Transmeta – Transmeta Corporation son os creyadors d'os microprocesadors de gama baixa x86 como Crusoe y Efficeon.
VIA Technologies – VIA ye una companyía de Taiwan adedicata a la producción de CPUs de gama baixa compatibles con l'arquitectura x86.

Datos: Q5300
Multimedia: Microprocessors / Q5300

[1] Primer borrador d'un informe sobre l'EDVAC John von Neumann, (1945). Stanford University.

[2] Encara que l'EDVAC fue dissenyato bels anyos dimpués de que l'ENIAC estase en construcción, en 1948 l'ENIAC fue dotato d'a funcionalidat d'almadacenar programas, antis d'a finalización de l'EDVAC (1949), a tamas d'o feito d'haber estato descartata d'o disenyo a causa d'os costos y a calendata de finalización

[3] A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems Weik, Martin H. (1961). Ballistic Research Laboratories.

[4] Architecture of the IBM System/360. Amdahl, G. M., Blaauw, G. A., & Brooks, F. P. Jr. (1964) IBM Research.

[5] "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).

[6] Computer science reaches historic breakthrough

[7] Oak Ridge National Laboratory's Cray XT5 "Jaguar" Supercomputer

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