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Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado” Decanato de Ciencias y Tecnología Departamento de Sistemas

PROCESADORES ACTUALES

Enero, 2019 Índice

1. Introducción 2. Procesadores actuales 3. El futuro de los microprocesadores 4. Principales marcas, procesadores INTEL y AMD 7. AMD, arquitecturas y procesos de fabricación. 8. Procesadores AMD, un vistazo a las diferentes gamas 10. Equivalencias entre procesadores. 12. Ensambladores, ventajas y desventajas 13. Tipos de ensambladores. 14. Enlazadores, tiempo de ejecución, el GM enlazador. 15. Tipos de enlazados. 17. Proceso de carga y ejecución. 18. Registro de relocalización. 19. Interrupciones y escrutinio, utilización del “buffer”. 21. Conclusión. 22. Referencia bibliográfica.

Introducción

Al transcurrir del tiempo, la tecnología al igual que los procesadores han ido evolucionando de una manera muy rápida y eficaz. El procesador es una de las partes más importantes o fundamental del computador el cual vendría siendo su cerebro. Sin él, no habría una buena funcionabilidad del computador. En este estudio conoceremos que es y cuál es su función, como también sus tipos y marcas. Cada año que pasa existen mejoras de este componente, por lo que se reflejara a continuación las versiones actuales de los procesadores. Es importante tener un buen conocimiento sobre los procesadores para mantenerse actualizados por su rápida evolución y del funcionamiento de la misma. Cada vez que sale una versión mejorada, tiene nuevas funciones, el cual es fundamental obtener la información necesaria para saber que clase de procesador se está usando o por usar. Luego, se conocerá otros conceptos como ensambladores, enlazadores y sus procesos para complementar el estudio de este trabajo.

1 Procesadores actuales

El procesador es el cerebro del sistema, encargado de procesar toda la información. Básicamente, es el "cerebro" de la computadora. Prácticamente, todo pasa por él, ya que es el responsable de ejecutar todas las instrucciones existentes. Mientras más rápido vaya el procesador, más rápido serán ejecutadas las instrucciones. El procesador es el componente donde es usada la tecnología más reciente. Los mayores productores de procesadores a nivel mundial, son las grandes empresas

con

tecnología

para

fabricar

procesadores

competitivos

para

computadoras: Intel (dicha empresa domina el mercado de procesadores), AMD, Vía e IBM, que fabrica procesadores para otras empresas, como Transmeta. El procesador es uno de los componentes más complejos y frecuentemente más caro, pero él no puede hacer nada solo. Como todo cerebro, necesita de un cuerpo, que es formado por los otros componentes de la computadora, incluyendo la memoria, el disco duro, la placa de vídeo y de red, monitor, teclado y mouse, etc. El procesador dispone de una serie de circuitos electrónicos que son utilizados por los algoritmos, ideados por el ser humano para afrontar problemas. Tipos de procesadores Hace unos meses Intel mostró un prototipo de 80 núcleos. Ahora Intel ha mostrado sus avances del procesador de 80 núcleos, que debería ser capaz de tener una potencia de cálculo de 1 TeraFLOP y de poder significar una nueva etapa en lo que se refiere a computación en paralelo y multinúcleo. Tiene esos 80 núcleos organizados en 10 grupos de 8 interconectados mediante un enrutador de 5 puertos. Dicho enrutador se encarga de proporcionar el flujo de datos e instrucciones a otros grupos mientras la unidad de procesado, los procesa. 2

Cada unidad de procesado se puede desconectar de modo independiente de su enrutador cuando sólo es necesario transferir datos, en el momento que sea necesario más potencia de proceso se conectarán de nuevo. Gracias a esta administración de energía avanzada, Intel afirma que su procesador puede dar rendimientos de 1 TeraFLOP con un consumo de sólo 62W. El futuro de los microprocesadores Los avances informáticos de los últimos años superan en cantidad y calidad a los que podrían haberse desarrollado en décadas enteras, y aunque esto es algo bastante encomendable a los ingenieros e investigadores que trabajan en esta disciplina, un ejecutivo de alto rango de Intel, Pat Gelsinger, hace impresionantes vaticinios para el futuro. A comienzos de esta semana, durante la celebración anticipada de los 40 años de Intel, que no se espera sino hasta el próximo 18 de julio, Gelsinger anunció que Intel estaba en condiciones de planificar su desarrollo hasta la creación de pequeños microprocesadores de 10 nm (nanómetros) en los próximos 10 años. ¿Qué significa esto? La reducción del tamaño del microprocesador a través de técnicas propias de la nanotecnología reduce el consumo de energía, volviéndolo más eficiente, a la vez que aumenta significativamente el desempeño, la velocidad y el poder de procesamiento del núcleo del sistema. Un nanómetro equivale a una millonésima de milímetro. Actualmente, Intel ha desarrollado un microprocesador de 45nm, el más pequeño hasta la fecha: un transistor de ese procesador puede encenderse y apagarse, enviando información en este proceso, alrededor de 300 mil millones de veces por segundo, lo que es demasiado. Con estos avances, Gelsinger espera que toda la relación que nosotros tenemos con los ordenadores cambie notablemente, sobre todo en términos de la interfaz visual, que estos pequeños procesadores ayudarán a embellecer notablemente. 3

Principales Marcas -Intel: la marca que más vende y la más conocida gracias a sus procesadores Pentium. Tienen dos posibles sockets: 478 y 775. El primero de ellos está pasado de moda y desapareciendo, así que nos centraremos en el segundo. Actualmente distribuye, dentro del nuevo socket 775. -AMD: es el rival más directo que tiene Intel. Los micros son exactamente igual de compatibles, y usando el ordenador no notaremos en ningún momento diferencias entre tener un Intel o un AMD. Procesadores Intel y AMD: generaciones -Intel: arquitecturas y procesos de fabricación A continuación se resumen las arquitecturas, procesos y series de procesadores de consumo general que Intel ha comercializado en los últimos doce años: Conroe y Wolfdale: basadas en los procesos de 65 nm y 45 nm y utilizadas en los Core 2 Duo. Kentsfield y Yorkfield: basadas en los procesos de 65 nm y 45 nm y utilizadas en los Core 2 Quad. Nehalem: basada en el proceso de 45 nm y utilizada en los procesadores Core i3, Core i5 y Core i7 de primera generación (serie 5xx y superiores). Sandy Bridge: basada en el proceso de 32 nm y utilizada en los procesadores Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 y Core i7 de segunda generación (serie 2xxx). Ivy Bridge: basada en el proceso de 22 nm y utilizada en los procesadores Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 y Core i7 de tercera generación (serie 3xxx).

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Haswell: basada en el proceso de 22 nm y utilizada en los procesadores Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 y Core i7 de cuarta generación (serie 4xxx). Broadwell: basada en el proceso de 14 nm y utilizada en los procesadores Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 y Core i7 de quinta generación (serie 5xxx). Skylake: basada en el proceso de 14 nm y utilizada en las gamas Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 y Core i7 de sexta generación (serie 6xxx). Kaby Lake: basada en proceso de 14 nm+ y utilizada en las gamas Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 y Core i7 de séptima generación (serie 7xxx). Coffee Lake: basada en el proceso de 14 nm++ y utilizada en las gamas Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 y Core i7 de octava generación (serie 8xxx). Coffee Lake refresh: basada en el proceso de 14 nm++ y utilizada en las gamas Celeron, Pentium, Core i3, Core i5, Core i7 y Core i9 de novena generación (serie 9xxx). Dentro de su línea de procesadores HEDT (alto rendimiento) Intel ha lanzado también varias generaciones. Para simplificar la exposición nos vamos a limitar a los procesadores que todavía se comercializan, ya que los modelos más antiguos tienen una presencia anecdótica y han sido ampliamente superados por modelos de consumo general con precios muchos menores. Haswell-E: arquitectura basada en el proceso de 22 nm. Se utiliza en los Core i7 Extreme serie 5000. Broadwell-E: arquitectura basada en el proceso de 14 nm. Se utiliza en los Core i7 Extreme serie 6000. Skylake-X: arquitectura basada en el proceso de 14 nm. Se utiliza en los Core i7 y Core i9 Extreme serie 7000X y 7000XE.

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Kaby Lake-X: arquitectura basada en el proceso de 14 nm+. Se utiliza en los Core i5 y Core i7 serie 7000X. -Procesadores Intel: un vistazo a las diferentes gamas Core 2 Duo: son procesadores antiguos con dos núcleos y dos hilos. Han quedado desfasados, pero todavía rindenbien con juegos de la generación anterior y en aplicaciones no muy exigentes. Core 2 Quad: mantienen el rendimiento base de los anteriores pero suben el total de núcleos e hilos a cuatro, lo que les permite ofrecer un rendimiento superior en aplicaciones y juegos multihilo. Esto los coloca en un nivel que todavía hoy podemos considerar como “aceptable”. Celeron: procesadores económicos con dos núcleos y dos hilos que ofrecen un buen rendimiento en ofimática general, multimedia y navegación. Los modelos para PC de escritorio rinden bien incluso con juegos que no requieran cuatro hilos. Pentium: mantienen dos núcleos y dos hilos y en general no ofrecen una mejora de rendimiento importante frente a los Celeron hasta la generación Skylake. Con la llegada de Kaby Lake los Pentium G4560 y superiores saltaron a los dos núcleos y cuatro hilos, mejorando de forma notable su rendimiento, tanto que son viables para jugar. Core i3: cuentan con dos núcleos y cuatro hilos hasta la generación Kaby Lake y dan el salto a los cuatro núcleos y cuatro hilos en Coffee Lake. Esto, unido a su alto IPC, los convierte en una solución excelente para los que quieran montar equipos económicos de alto rendimiento y eficiencia. Sirven para jugar y para trabajar.

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Core i5: una de las gamas con mejor relación rendimiento-precio que ofrece Intel a día de hoy. Hasta la generación Kaby Lake vienen con cuatro núcleos y cuatro hilos, pero a partir de Coffee Lake han dado el salto a los seis núcleos y seis hilos. Sirven también para trabajar y para jugar. Los modelos con seis núcleos están preparados para soportar una transición generacional de forma óptima. Core i7: formada por procesadores de cuatro núcleos y ocho hilos hasta la serie Kaby Lake. Suben a 6 núcleos y 12 hilos en Coffee Lake y hasta los 8 núcleos y 8 hilos en Coffee Lake refresh. Ofrecen un alto rendimiento y están preparados para resistir también una transición generacional, sobre todo en el caso de los modelos más actuales. Ofrecen una experiencia óptima en juegos y aplicaciones multihilo. Core i7 y Core i9 Extreme: son procesadores que tienen entre seis y dieciocho núcleos, aunque gracias a la tecnología HyperThreading pueden trabajar con el doble de hilos. Sirven para trabajar y para jugar, y se asientan sobre una plataforma superior que permite utilizar configuraciones de RAM en cuádruple canal y un mayor número de líneas PCIE. AMD, arquitecturas y procesos de fabricación A continuación un resumen con las arquitecturas, procesos y líneas de CPUs que ha comercializado AMD en esa misma franja de tiempo: K8: una arquitectura mítica sobre la que se han utilizado procesos de 90 nm y de 65 nm. Dio vida a procesadoresAthlon 64 X2 y Semprom. K10: basada en el proceso de 65 nm, 45 nm y 32 nm. Se utilizó en los procesadores Phenom, Phenom II, Athlon X2, Athlon II y Sempron. Bulldozer: basada en el proceso de 32 nm. Ha tenido varias revisiones y se utiliza en los procesadores AMD FX, Ahtlon II X4 (e inferiores) y en las APUs serie 4000 y superiores (hasta la serie 9000).

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Zen: está basada en el proceso de 14 nm y se utiliza en los nuevos procesadores Ryzen 3, Ryzen 5 y Ryzen 7 serie1000, así como en los Ryzen Pro serie 1000, ThreadRipper serie 1000 y en las APUs Ryzen serie 2000. Zen+: está basada en el proceso de 12 nm y se utiliza en los procesadores Ryzen 3, Ryzen 5 y Ryzen 7 serie 2000,así como en los Ryzen Pro serie 2000 y ThreadRipper serie 2000. Procesadores AMD: un vistazo a las diferentes gamas Athlon 64 X2: rivales de los Core 2 Duo. Suman dos núcleos y dos hilos y su rendimiento está por debajo de aquellos, así que podemos esperar una experiencia un poco peor que con los equivalentes de Intel. Phenom II: llegaron en una época de transición, así que rivalizaron con los Core 2 Quad y los Core de primera generación. Suman entre dos y seis núcleos y ofrecen un rendimiento bruto superior al de los Athlon 64 X2. También están desfasados, pero los modelos con cuatro y seis núcleos todavía son viables en una gran cantidad de aplicaciones y de juegos. Athlon: hay versiones que tienen entre dos y cuatro núcleos. El rendimiento de las versiones basadas en Bulldozer y sus derivados es bueno en cualquier tarea básica y los modelos de cuatro núcleos ofrecen un desempeño aceptable incluso en juegos actuales. APU: es una solución que integra procesador y unidad gráfica en un mismo encapsulado. Existen configuraciones son muy variadas tanto por arquitectura CPU y GPU como por especificaciones. Los modelos menos potentes y más antiguos se basan en Bulldozer a nivel CPU y en Terascale 3 a nivel GPU, mientras que las más actuales utilizan la arquitectura Zen y Radeon RX Vega, respectivamente. Estas variantes, las más actuales, montan procesadores de

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hasta 4 núcleos y 8 hilos y unidades gráficas con 704 shaders, lo que las convierte en soluciones bastante potentes. AMD FX 4000: suman dos módulos completos y tienen cuatro núcleos de enteros a unas frecuencias de trabajo muy altas, además de multiplicador desbloqueado. Ofrecen un rendimiento aceptable incluso en juegos actuales. AMD FX 6000: cuentan con tres módulos completos y tienen seis núcleos de enteros a unas frecuencias de trabajo muy altas, además de multiplicador desbloqueado como los anteriores. Son capaces de mover muchas aplicaciones y juegos ofreciendo una buena experiencia. AMD FX 8000-9000: tienen cuatro módulos completos y ocho núcleos de enteros. También trabajan a una frecuencia muy alta y soportan overclock. Ofrecen todavía un rendimiento que podemos considerar como bueno en casi cualquier circunstancia. Ryzen 3: representan un salto importante a nivel de arquitectura. Su IPC mejora un 52% frente a los FX, tienen cuatro núcleos y son económicos. Pueden ofrecer una experiencia muy buena en juegos y aplicaciones actuales. Ryzen 5: hay dos variantes, los modelos 1500 e inferiores, que suman 4 núcleos y 8 hilos, y los modelos 1600 y 2600, que tienen 6 núcleos y 12 hilos. Ofrecen un rendimiento muy alto y tienen un precio muy bueno. Sirven para trabajar y para jugar sin problemas. Ryzen 7: suman 8 núcleos y 16 hilos. Como todos los procesadores Ryzen soportan overclock y ofrecen un excelente rendimiento en cualquier circunstancia. Son de lo mejor que podemos encontrar en el mercado en relación calidad-precio. Threadripper 1000: utilizan la arquitectura Zen pero cuentan con hasta 16 núcleos y 32 hilos. Se integran en una plataforma superior que permite utilizar configuraciones de memoria en cuádruple canal y ofrecen una mayor cantidad de 9

líneas PCIE. Threadripper 2000: una evolución de los anteriores. Fabricados sobre la arquitectura Zen+ y con hasta 32 núcleos y 64 hilos. Pensados para profesionales que utilicen aplicaciones multihilo muy exigentes. Equivalencias entre procesadores Este resumen de equivalencias nos permitirá determinar en qué nivel se encuadra nuestro procesador actual: Core 2 Duo: como dijimos son procesadores bastante antiguos y limitados por su IPC y sus dos núcleos que han sido ampliamente superados. Superan a los Athlon 64 X2 y en los modelos con mayor frecuencia de trabajo quedan cerca de los Core i3 serie 500, aunque su potencia bruta en general es inferior. Core 2 Quad: gracias a sus cuatro núcleos aguantan mejor el tipo que los anteriores. Los modelos más potentes (serie Q9450 y superiores) ofrecen un rendimiento similar al de un Core i5 750. Su rival directo son los Phenom II X4, que suelen rendir un poco mejor por sus mayores frecuencias de trabajo. Intel Core serie x00: su numeración está formada por sólo tres números (Core i3 530, Core i5 750, Core i7 920). . Hasta los Core i5 inclusive podemos hacer una equivalencia casi directa con los Core 2 Quad Q9450 y superiores y los Phenom II X4 y FX 4100 de AMD. Los modelos superiores, como el Core i7 860, pueden manejar ocho hilos gracias al HyperThreading, así que se sitúan en un nivel similar al de los FX 8100 y 6100. También caben aquí los Phenom II X6 de AMD. Intel Core 2000: ofrecen salto importante de rendimiento frente a la generación anterior. Su equivalente más cercano lo tenemos en los FX 8300, FX 6300 y FX 10

4300. Los Pentium G4560, que suman dos núcleos y cuatro hilos, ofrecen un rendimiento similar a los Core i5 2500 en aplicaciones que aprovechan cuatro núcleos. Intel Core 3000: mantienen el mismo rendimiento en general que la generación anterior, así que sus equivalentes más cercanos son exactamente los mismos. Intel Core 4000: elevan el rendimiento frente a las dos generaciones anteriores, pero no el número de núcleos. Superan en rendimiento a los FX 8300, FX 6300 y FX 4300, pero quedan por debajo de los procesadores Ryzen de primera generación (serie 1000). Intel Core 5000: no marcaron un aumento de rendimiento bruto frente a la generación anterior y tampoco aumentaron el número de núcleos e hilos, así que aplica todo lo que dijimos en el punto anterior. Intel Core 6000: aumentan el rendimiento frente a las dos generaciones anteriores, pero no el total de núcleos e hilos. Su equivalente más cercano en rendimiento por núcleo a la misma frecuencia son los Ryzen de segunda generación. Por ejemplo un Ryzen 5 2600 tiene un rendimiento monohilo similar al de un Core i5 6600K (a la misma frecuencia), pero rinde más en general gracias a su mayor número de núcleos (seis frente a cuatro). Intel Core 7000: marca un pequeño aumento de rendimiento frente a la generación anterior pero no sube el número de núcleos. En términos de IPC está un poco por encima de Ryzen de segunda generación, pero como dijimos anteriormente los procesadores de AMD ganan en multihilo. Por ejemplo el Core i7 7700K tiene cuatro núcleos y ocho hilos, mientras que el Ryzen 7 2700 tiene ocho núcleos y dieciséis hilos. Intel Core 8000: representa otro pequeño avance en rendimiento bruto y aumenta el número de núcleos máximos, que pasan de cuatro a seis. Se repite todo lo que dijimos en el párrafo anterior. 11

Intel Core 9000: todavía no han sido lanzados oficialmente, pero sabemos que es una evolución mejor de la generación anterior en términos de IPC. Su mayor novedad será el salto a los ocho núcleos y dieciséis hilos, lo que los pondrá por encima de los Ryzen de segunda generación. Generaciones Intel Extreme y Threadripper: los procesadores Threadripper de primera generación tienen un IPC comparable al de los Core Extreme basados en Broadwell-E, pero quedan un poco por detrás de los actuales Skylake-X. Por su parte los Threadripper de segunda generación han recortado distancias en términos de IPC, pero gracias a su mayor número de núcleos e hilos (18 y 36 el modelo más potente de Intel y 32 y 64 el más potente de AMD) son superiores en términos generales. Ensambladores Ensamblador se refiere a un tipo de programa, informático que se encarga de traducir un fichero fuente escrito en un lenguaje ensamblador, a un fichero objeto que contiene código máquina ejecutable directamente por la máquina para la que se ha generado, en si la funcion de un ensamblador es traducir un programa en lenguaje de ensamblador al código correspondiente en lenguaje de máquina. Ventajas para utilizarlo: - Mayor control de la computadora. - Independencia de lenguaje. - La mayoría de las computadoras pueden ensamblar. - Los programas hechos en lenguaje ensamblador son generalmente más rápidos y consumen menos recursos del sistema. Desventajas para no utilizarlo: - Demasiado complejo. 12

- comprensión más profunda de la computado...