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¿Qué es una CPU?
La CPU, o Unidad Central de Proceso, es el núcleo esencial de una computadora, a menudo llamado el cerebro de la misma. Realiza operaciones aritméticas y lógicas, ejecuta instrucciones almacenadas y coordina la interacción de los componentes del sistema.
¿Cuáles son los componentes principales de una CPU?
La CPU consta de dos componentes esenciales: la Unidad de Lógica/Aritmética (ALU), responsable de operaciones aritméticas y lógicas, y la Unidad de Control (CU), que extrae y ejecuta instrucciones, coordinando las operaciones del sistema.
¿Cómo ha evolucionado la CPU a lo largo del tiempo?
Inicialmente basada en relés y tubos de vacío, la CPU evolucionó con la introducción del transistor en la década de 1950. El uso de circuitos integrados (IC) permitió la creación de microprocesadores en la década de 1970, desplazando las implementaciones más antiguas y mejorando en velocidad, confiabilidad y capacidad.
¿Cuál fue la contribución significativa del transistor y los circuitos integrados a la evolución de la CPU?
El transistor, al reemplazar elementos de conmutación más voluminosos y menos confiables, permitió la construcción de CPU más pequeñas y confiables. Los circuitos integrados posibilitaron la fabricación de microprocesadores, reduciendo aún más el tamaño y la complejidad, mejorando la velocidad y la eficiencia energética.
¿Qué papel jugaron los microprocesadores en la evolución de la CPU?
A partir de la década de 1970, los microprocesadores se convirtieron en la forma dominante de implementar la CPU. Su tamaño reducido, mayor velocidad y capacidad de procesamiento contribuyeron significativamente al desarrollo de las computadoras modernas.
¿Cuáles son los cuatro pasos fundamentales en la operación de la mayoría de las CPUs de arquitectura de von Neumann?
Los cuatro pasos son:
Fetch (Leer): Recuperar una instrucción de la memoria de programa utilizando el Contador de Programa (PC).
Decode (Decodificar): Dividir la instrucción en partes significativas para otras unidades de la CPU, como el opcode que indica la operación.
Execute (Ejecutar): Realizar la operación deseada, conectando varias unidades del CPU según sea necesario, como la Unidad Aritmético-Lógica (ALU) para operaciones aritméticas.
Writeback (Escribir): Escribir los resultados de la ejecución en la memoria o registros internos del CPU.
¿Cuál es la función de la Unidad Aritmético-Lógica (ALU) en una CPU?
La ALU realiza operaciones aritméticas y lógicas, como suma, resta, multiplicación y operaciones bitwise, entre valores de los argumentos. Es esencial para ejecutar las operaciones requeridas por las instrucciones del programa.
¿Qué papel juega la Unidad de Control (UC) en una CPU?
La UC busca, decodifica e ejecuta instrucciones, coordinando las operaciones de la CPU. Puede ser cableada o microprogramada, y controla el flujo de datos a través del procesador, asegurando que las instrucciones se realicen correctamente.
¿Qué caracteriza a la Memoria Primaria (MP) en una computadora?
La MP, también llamada memoria central, almacena temporalmente datos y programas que la CPU está procesando. Es volátil y se comunica directamente con la CPU a través del bus de datos y direcciones, siendo inseparable del microprocesador.
¿Cuál es el propósito de los Canales de Entrada y Salida (E/S) en una computadora?
Los Canales de E/S proporcionan una vía de comunicación eficiente entre la CPU y los periféricos, permitiendo el intercambio de datos con el exterior. La Unidad de Entrada-Salida (E/S) coordina periféricos, suministrándoles inteligencia para su funcionamiento coordinado con la computadora.
¿Qué son las interrupciones del sistema?
Las interrupciones del sistema son eventos de bajo nivel en el sistema operativo que representan el uso de la CPU. Pueden ser generadas tanto por software como por hardware, siendo una forma de comunicación entre dispositivos periféricos y la CPU.
¿Cómo funcionan las interrupciones del sistema?
Una interrupción notifica al procesador sobre una tarea de máxima prioridad, lo que lleva a suspender la ejecución actual. El procesador guarda su estado, ejecuta un gestor de interrupciones y, una vez completado, continúa con la tarea interrumpida. Las interrupciones son generadas por dispositivos periféricos para solicitar atención de la CPU.
¿Cuál es la función del gestor de interrupciones?
El gestor de interrupciones es una función que se ejecuta cuando ocurre una interrupción. Su tarea es gestionar la situación específica asociada con la interrupción, como eventos de periféricos o transferencias de información. Una vez completada, la CPU retoma la ejecución desde donde se suspendió.
¿Cómo se generan las interrupciones en una computadora?
Las interrupciones son generadas por dispositivos periféricos mediante la señal de petición de interrupción (IRQ). Por ejemplo, cuando un disco duro completa una lectura o se presiona una tecla, se envía una señal de interrupción. Este mecanismo permite que la CPU se despreocupe del sondeo constante de dispositivos, delegando en ellos la responsabilidad de notificar cuando necesitan atención.
¿Cómo se solucionó el problema de la ineficiencia del sondeo constante de dispositivos?
El mecanismo de interrupciones permitió superar la ineficiencia del sondeo constante. En lugar de que el procesador sondee los dispositivos, estos notifican a la CPU cuando necesitan atención. Esto liberó al procesador de la carga constante de sondeo, mejorando la eficiencia del sistema.
