2.3 CPU: “Unidad Central de Procesamiento”

La unidad central de procesamiento, UCP o CPU (por el acrónimo en inglés de central processing unit), o simplemente el procesador o microprocesador, es el componente del computador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Los CPU proporcionan la característica fundamental de la computadora digital (la programabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en las computadoras de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y los dispositivos de entrada/salida. Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde mediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi totalmente todos los tipos de CPU, y hoy en día, el término “CPU” es aplicado usualmente a todos los microprocesadores.
La expresión “unidad central de proceso” es, en términos generales, una descripción de una cierta clase de máquinas de lógica que pueden ejecutar complejos programas de computadora. Esta amplia definición puede fácilmente ser aplicada a muchos de los primeros computadores que existieron mucho antes que el término “CPU” estuviera en amplio uso. Sin embargo, el término en sí mismo y su acrónimo han estado en uso en la industria de la informática por lo menos desde el principio de los años 1960. La forma, el diseño y la implementación de los CPU ha cambiado drásticamente desde los primeros ejemplos, pero su operación fundamental ha permanecido bastante similar.
Los primeros CPU fueron diseñados a la medida como parte de una computadora más grande, generalmente una computadora única en su especie. Sin embargo, este costoso método de diseñar los CPU a la medida, para una aplicación particular, ha desaparecido en gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos y estandarizados adaptados para uno o muchos propósitos. Esta tendencia de estandarización comenzó generalmente en la era de los transistores discretos, computadoras centrales, y microcomputadoras, y fue acelerada rápidamente con la popularización del circuito integrado (IC), éste ha permitido que sean diseñados y fabricados CPU más complejos en espacios pequeños (en la orden de milímetros). Tanto la miniaturización como la estandarización de los CPU han aumentado la presencia de estos dispositivos digitales en la vida moderna mucho más allá de las aplicaciones limitadas de máquinas de computación dedicadas. Los microprocesadores modernos aparecen en todo, desde automóviles, televisores, neveras, calculadoras, aviones, hasta teléfonos móviles o celulares, juguetes, entre otros.
En la actualidad muchas personas llaman CPU al armazón del computador (torre), confundiendo de esta manera a los principiantes en el mundo de la computación.

La CPU está constituida por los siguientes elementos:

Procesador
Memoria monitor del sistema
Circuitos auxiliares

Procesador

Está constituido por el microprocesador, el reloj(generador de onda cuadrada) y algún chip auxiliar.

El micropocesador es un circuito integrado (chip), que realiza una gran cantidad de operaciones, que podemos agrupar en:

Operaciones de tipo lógico.
Operaciones de tipo aritmético.
Operaciones de control de la transferencia de la información dentro del autómata.
Para que el microprocesador pueda realizar todas estas operaciones está dotado de unos circuitos internos que son los siguientes:

Circuitos de la unidad aritmética y lógica o ALU: Es la parte del µp donde se realizan los cálculos y las decisiones lógicas para controlar el autómata.
Circuitos de la unidad de control (UC) o Decodificador de instrucciones: Decodifica las instrucciones leídas en memoria y se generan las señales de control.
Acumulador: Es la encargada de almacenar el resultado de la última operación realizada por el ALU.
Flags: Flags, o indicadores de resultado, que pueden ser consultados por el programa.
Contador de programa: Encargada de la lectura de las instrucciones de usuario.
Bus(interno): No son circuitos en si, sino zonas conductoras en paralelo que transmiten datos, direcciones, instrucciones y señales de control entre las diferentes partes del mp.

Memoria monitor del sistema

Es una memoria de tipo ROM, y además del sistema operativo del autómata contiene las siguientes rutinas, incluidas por el fabricante.

Inicialización tras puesta en tensión o reset.
Rutinas de test y de respuesta a error de funcionamiento.
Intercambio de información con unidades exteriores.
Lectura y escritura en las interfaces de E/S.

Funciones básicas de la CPU

En la memoria ROM del sistema, el fabricante ha grabado una serie de programas ejecutivos, software del sistema y es a estos programas a los que accederá el µp para realizar las funciones.

El software del sistema de cualquier autómata consta de una serie de funciones básicas que realiza en determinados tiempos de cada ciclo.

En general cada autómata contiene y realiza las siguientes funciones:

Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no exceda de un determinado tiempo máximo. A esta función se le denomina Watchdog.
Ejecutar el programa usuario.
Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a dichas entradas.
Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas, obtenida al final del ciclo de ejecución del programa usuario.
Chequeo del sistema.

Enlaces Relacionados:

UCP. Wikipedia.com

CPU. Grupos Maser

CPU. Masadelante.com


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