La Unidad Central de Procesamiento (CPU) del ordenador construida en un único Circuito Integrado (IC) se denomina microprocesador.

Un ordenador digital con un microprocesador que actúa como CPU se denomina microordenador.

Es un dispositivo electrónico programable, polivalente, accionado por reloj y basado en registros que lee instrucciones binarias de un dispositivo de almacenamiento llamado memoria, acepta datos binarios como entrada y procesa datos de acuerdo con esas instrucciones y proporciona resultados como salida.

El microprocesador contiene millones de componentes diminutos como transistores, registros y diodos que trabajan juntos.

Diagrama de bloques de un microordenador

Introducción al microprocesador

Un microprocesador consta de una ALU, una unidad de control y una matriz de registros. Donde la ALU realiza operaciones aritméticas y lógicas sobre los datos recibidos de un dispositivo de entrada o de la memoria. La unidad de control controla las instrucciones y el flujo de datos dentro del ordenador. Y, la matriz de registros consiste en registros identificados por letras como B, C, D, E, H, L, y acumulador.

Evolución de los microprocesadores

Podemos categorizar el microprocesador según las generaciones o según el tamaño del microprocesador:

Primera Generación (Microprocesadores de 4 – bits)

Los microprocesadores de primera generación fueron introducidos en el año 1971-1972 por Intel Corporation. Se llamó Intel 4004 ya que era un procesador de 4 bits.

Era un procesador en un solo chip. Podía realizar operaciones aritméticas y lógicas simples como la suma, la resta, el OR booleano y el AND booleano.

Tenía una unidad de control capaz de realizar funciones de control como buscar una instrucción de la memoria de almacenamiento, decodificarla y luego generar pulsos de control para ejecutarla.

Segunda generación (microprocesador de 8 – bits)

Los microprocesadores de segunda generación fueron introducidos en 1973 de nuevo por Intel. Se trataba de un primer microprocesador de 8 bits que podía realizar operaciones aritméticas y lógicas sobre palabras de 8 bits. Era el Intel 8008, y otra versión mejorada era el Intel 8088.

Tercera generación (microprocesador de 16 bits)

Los microprocesadores de tercera generación, introducidos en 1978, estaban representados por el 8086 de Intel, el Zilog Z800 y el 80286, que eran procesadores de 16 bits con un rendimiento similar al de los miniordenadores.

Cuarta generación (microprocesadores de 32 bits)

Varias empresas diferentes introdujeron los microprocesadores de 32 bits, pero el más popular es el Intel 80386.

Quinta generación (microprocesadores de 64 bits)

Desde 1995 hasta ahora estamos en la quinta generación. Después de 80856, Intel salió con un nuevo procesador a saber, el procesador Pentium seguido de la CPU Pentium Pro, que permite múltiples CPUs en un solo sistema para lograr el multiprocesamiento.

Otros procesadores de 64 bits mejorados son los procesadores Celeron, Dual, Quad, Octa Core.

Tabla: Microprocesadores Intel importantes

Microprocesador Año de invención Longitud de palabra Capacidad de memoria capacidad de direccionamiento Pines Reloj Observaciones
4004 1971 4-bit 1 KB 16 750 KHz Primer microprocesador
8085 1976 8-bit 64 KB 40 3-6 MHz Microprocesador popular de 8 bits
8086 1978 16-bit 1MB 40 5-8 MHz Muy utilizado en PC/XT
80286 1982 16-bit 16MB reales, 4 GB virtuales 68 6-12.5 MHz Muy utilizado en PC/AT
80386 1985 32 bits 4GB reales, 64TB virtual 132 14X14 PGA 20-33 MHz Contiene MMU en chip
80486 1989 32 bits 4GB reales, 64TB virtual 168 17X17 PGA 25-100 MHz Contiene MMU, caché y FPU, 1.2 millones de transistores
Pentium 1993 32 bits 4GB reales,32 bits de dirección,64 bits de bus de datos 237 PGA 60-200 Contiene 2 ALUs,2 Caches, FPU, 3,3 millones de transistores, 3.3 V, 7,5 millones de transistores
Pentium Pro 1995 32 bits 64GB reales, bus de direcciones de 36 bits 387 PGA 150-200 MHz Es un procesador de flujo de datos. Contiene caché de segundo nivel también,3,3 V
Pentium II 1997 32 bits – 233-400 MHz Todas las características de Pentium pro más tecnología MMX,3.3 V, 7,5 millones de transistores
Pentium III 1999 32 bits 64GB 370 PGA 600-1.3 MHz Versión mejorada del Pentium II; 70 nuevas instrucciones SIMD
Pentium 4 2000 32 bits 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz Versión mejorada del Pentium III
Itanium 2001 64 bits 64 líneas de dirección 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz Procesador EPIC de 64 bits

Donde,

  • PGA – Pin Grid Array
  • MMX – MultiMedia eXtensions
  • EPIC – Explicitly Parallel Instruction Computing
  • SIMD – Single Instruction Multiple Data
  • ALU – Unidad Aritmética y Lógica
  • MMU – Unidad de Gestión de Memoria
  • FPU – Unidad de Punto Flotante

Términos básicos utilizados en el Microprocesador

Aquí hay una lista de algunos términos básicos utilizados en el microprocesador:

Conjunto de instrucciones – El grupo de comandos que el microprocesador puede entender se llama Conjunto de instrucciones. Es una interfaz entre el hardware y el software.

Bus – Conjunto de conductores destinados a transmitir datos, direcciones o información de control a diferentes elementos de un microprocesador. Un microprocesador tendrá tres tipos de buses, es decir, bus de datos, bus de direcciones y bus de control.

IPC (Instrucciones por ciclo) – Es una medida de cuántas instrucciones es capaz de ejecutar una CPU en un solo reloj.

Velocidad de reloj – Es el número de operaciones por segundo que puede realizar el procesador. Puede expresarse en megahercios (MHz) o gigahercios (GHz). También se denomina velocidad de reloj.

Ancho de banda – El número de bits procesados en una sola instrucción se denomina ancho de banda.

Longitud de palabra – El número de bits que el procesador puede procesar a la vez se denomina longitud de palabra del procesador. Un microprocesador de 8 bits puede procesar datos de 8 bits a la vez. El rango de longitud de palabra es de 4 bits a 64 bits dependiendo del tipo de microordenador.

Tipos de datos – El microprocesador soporta múltiples formatos de tipos de datos como binarios, ASCII, números con y sin signo.

Funcionamiento del microprocesador

El microprocesador sigue una secuencia para ejecutar la instrucción: Fetch, Decode, y luego Execute.

Inicialmente, las instrucciones se almacenan en la memoria de almacenamiento del ordenador en orden secuencial. El microprocesador obtiene esas instrucciones del área almacenada (memoria), luego las decodifica y ejecuta esas instrucciones hasta que se cumpla la instrucción STOP. A continuación, envía el resultado en forma binaria al puerto de salida. Entre estos procesos, el registro almacena los datos temporales y la ALU (Unidad Aritmética y Lógica) realiza las funciones de cálculo.

Características del microprocesador

  • Bajo coste – Debido a la tecnología de circuitos integrados, los microprocesadores están disponibles a muy bajo coste. Se reducirá el costo de un sistema informático.
  • Alta velocidad – Debido a la tecnología involucrada en ella, el microprocesador puede trabajar a muy alta velocidad. Puede ejecutar millones de instrucciones por segundo.
  • Tamaño reducido – Un microprocesador se fabrica en un espacio muy reducido gracias a la tecnología de integración a muy gran escala y a ultra gran escala. Debido a esto, el tamaño del sistema informático se reduce.
  • Versátil – El mismo chip se puede utilizar para varias aplicaciones, por lo tanto, los microprocesadores son versátiles.
  • Bajo consumo de energía – Los microprocesadores utilizan tecnología de semiconductores de óxido metálico, que consume menos energía.
  • Menos generación de calor – Los microprocesadores utilizan tecnología de semiconductores que no emiten mucho calor en comparación con los dispositivos de tubo de vacío.
  • Fiable – Como los microprocesadores utilizan tecnología de semiconductores, la tasa de fallos es muy baja. Por lo tanto, es muy fiable.
  • Portátil – Debido al pequeño tamaño y al bajo consumo de energía, los microprocesadores son portátiles.