Componentes Fundamentales de un Microprocesador

• Registros Generales (o de Arquitectura): Almacenan bits de tamaño como mínimo la palabra base del sistema. Son pequeñas memorias ultrarrápidas donde se almacenan los bits.
• Unidad de Ejecución: Recibe las instrucciones, busca el microprograma (juego de instrucciones) y ejecuta la instrucción. El número de unidades de ejecución determina si es escalado o superescalado.

Escalado vs Superescalado

• Pipelines con 1 unidad de ejecución: el Microprocesador es escalado.
• Pipelines con 2 o más unidades de ejecución: el Microprocesador es superescalado.

• Unidad Aritmético Lógica (ALU): Se encarga de las operaciones aritméticas y lógicas enteras.
• Unidad de Punto Flotante (FPU): También conocida como coprocesador matemático, se encarga de las operaciones aritméticas con números de punto flotante.
• Unidad de Control: Gestiona los buses del sistema (datos, dirección y control) que parten hacia el exterior. El bus de datos puede ser de 64 o 128 bits. El bus de direcciones determina la cantidad máxima de memoria que se puede direccionar, con un ancho actual que oscila entre 32 y 40 bits.
• ROM: Memoria de solo lectura que contiene el juego de instrucciones del microprocesador.
• Memorias Caché: No funcionan mediante direcciones, sino mediante índices. Su objetivo es guardar los datos o instrucciones más frecuentes para acelerar el acceso. Se organizan en niveles: L1 (dentro del microprocesador), L2 (en la placa madre) y L3 (en el disco).

Memorias Caché Duales

Existen cachés de datos y cachés de instrucciones (por ejemplo, 32k y 32k respectivamente).

• Buses: De datos, de dirección y de control.

Evolución de las Arquitecturas

De esta base de arquitectura nacen dos arquitecturas principales:

• 32 bits: IA32, con diversas mejoras.
• 64 bits: IA64 y AMD64.

ARM: Sistema one chip (SOC).

Origen y Evolución de la Arquitectura X86

El origen se encuentra en el microprocesador Intel 8086, evolucionando hasta el 80586 (Pentium), donde comenzaron a utilizarse nombres comerciales. Todos se basan en la arquitectura del primer microprocesador. En los Pentium se introdujeron mejoras como MMX. Se caracteriza por un juego de instrucciones que ha ido pasando de un microprocesador a otro, añadiendo mejoras y nuevas características, pero siempre conservando la compatibilidad original. Estas mejoras se reflejan en los modos del X86.

POST (Power-On Self-Test)

Proceso de encendido del ordenador (BIOS). Los microprocesadores trabajan en diversos modos, cuya evolución ha permitido el desarrollo de los sistemas operativos.

PC (Personal Computer): Suite de aplicaciones que incluye procesador de texto, hoja de cálculo, presentaciones, correo, etc., conocido como Microsoft Office.

Modelo Protegido del 286 (Microprocesador 80286)

Con el microprocesador 80286 se introdujeron los primeros discos duros de 10 o 20 MB. Siguiendo la arquitectura X86, incorpora el modo protegido 286. Los primeros Windows fueron el 1.0, 2.0 y 3.0 (en España). Con el modelo 286 aparece el concepto de PROCESO, entes que tienen propiedad sobre los recursos del sistema y están asociados a un usuario. Al iniciar Windows, se generan una serie de servicios, donde cada instancia de proceso controla servicios distintos. Cada proceso tiene un espacio de direcciones propio para evitar conflictos. Los procesos entran y salen del microprocesador, siendo el elemento que el sistema operativo administra.

El espacio de direcciones está protegido. El 286 permite el soporte de memoria virtual (Archivo de intercambio o SWAP), utilizando zonas del disco como extensión de la memoria RAM. Además, asigna a cada proceso un espacio de direcciones virtual (modelo de memoria) y permite la multitarea en entornos PC mediante la memoria virtual paginada. No todo el espacio de memoria se utiliza, ya que gran parte reside en la memoria virtual.

Paginación de Memoria

Es un esquema donde el proceso se divide en partes pequeñas (páginas) que coinciden en tamaño con las partes en memoria. En memoria solo residen las páginas que se están ejecutando. El sistema operativo gestiona una tabla de páginas que indica cuáles están en memoria, ocupando también espacio.

Para mantener compatibilidad con esquemas antiguos, se utilizaban segmentos. La multitarea es posible gracias a la memoria virtual.

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