Una CPU puede estar soportada por uno o varios microprocesadores, y un microprocesador puede soportar una o varias CPU.
El microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros, una Unidad de control, una Unidad aritmético-lógica, y dependiendo del procesador, puede contener una unidad en coma flotante.
Además ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:
PreFetch, Pre lectura de la instrucción desde la memoria principal,
Fetch, envío de la instrucción al decodificador,
Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer,
Lectura de operandos (si los hay),
Ejecución,(Lanzamiento de las Máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento).
Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.
Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación.
La capacidad de un procesador depende fuertemente de los componentes restantes del sistema, sobre todo del chipset, de la memoria RAM y del software.
Proceso de fabricación
El proceso de fabricación de un microprocesador es muy complejo. Todo comienza con un pedazo de silicio, con la cual se fabrica un monocristal de unos 20 x 150 centímetros. Para ello, se funde el material en cuestión a alta temperatura.
Despues se cortan los extremos y la superficie exterior, en la que se obtiene un cilindro perfecto. Luego, el cilindro se corta en capas de unas 10 micras de espesor, utilizando una sierra de diamante. De cada cilindro se obtienen miles de obleas, de las cuales se fabricarán varios cientos de microprocesadores.
Silicio.
Las obleas son pulidas hasta obtener una superficie plana, pasan por un proceso llamado “annealing”, en la cual se somete a un calentamiento extremo para remover cualquier defecto o impureza que pueda presentar. Luego se supervisa mediante láseres capaz de detectar imperfecciones menores a una milésima de micrón, se recubren con una capa aislante formada por óxido de silicio.
Despues sigue el proceso del “dibujado” de los transistores el cual consiste en la “impresión” de sucesivas máscaras sobre la oblea, endurecidas mediante luz ultravioleta y atacada por ácidos encargados de remover las zonas no cubiertas por la impresión.
Después de cientos de pasos, se llega a un complejo "bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador.
Una oblea de silicio grabada
Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos.
Una vez que la oblea ha pasado por todo el proceso litográfico, tiene “grabados” en su superficie varios cientos de microprocesadores, cuya integridad es comprobada antes de cortarlos.
Luego la oblea es cortada y cada chip individualizado. En esta etapa del proceso el microprocesador es una pequeña placa de unos pocos milímetros cuadrados, sin pines ni cápsula protectora.
Cada una de estas plaquitas será dotada de una cápsula protectora plástica o de cerámica y conectada a los cientos de pines metálicos que le permitirán interactuar con el mundo exterior. Estas conexiones se realiza utilizando delgadísimos alambres, generalmente de oro. El resultado final es un microprocesador como el que equipa nuestro ordenador.
Empaquetado
Empaquetado de un procesador Intel 80486 en un empaque de cerámica
Los microprocesadores estan empaquetados con conexiones eléctricas. En los primeros procesadores el empaque se fabricaba con plásticos epoxicos o con cerámicas en formatos como el DIP entre otros. El chip se pegaba con un material térmicamente conductor a una base y se conectaba por medio de pequeños alambres a unas pistas terminadas en pines. Posteriormente se sellaba todo con una placa metálica u otra pieza del mismo material de la base de manera que los alambres y el silicio quedaran encapsulados.
Empaquetado de un procesador PowerPC con Flip-Chip, se ve el chip de silicio
En la actualidad los microprocesadores de diversos tipos se ensamblan por medio de la tecnología Flip chip. El chip semiconductor es soldado directamente a un arreglo de pistas conductoras con la ayuda de unas microesferas que se depositan sobre las obleas en las etapas finales de su fabricación.
Antiguamente las conexión del chip con los pines se realizaba por medio de microalambres de manera que quedaba boca arriba, con el método Flip Chip queda boca abajo, de ahí se deriva su nombre.
Disipación de calor
Debido a la extrema temperatura que se presenta, la disipación natural del proceso no es suficiente para mantener temperaturas aceptables en el material semiconductor, de manera que se hace necesario el uso de mecanismos de enfriamiento forzado, como son los disipadores de calor.
Conexión con el exterior
Superficies de contacto en un procesador Intel para Zocalo LGA775
El microprocesador posee un arreglo de elementos metálicos (pines, esferas, contactos) que permiten la conexión eléctrica entre el circuito integrado que conforma el microprocesador y los circuitos de la placa base.
Entre las conexiones eléctricas están las de alimentación eléctrica de los circuitos dentro del empaque, las señales de reloj, señales relacionadas con datos, direcciones y control; estas funciones están distribuidas en un esquema asociado al Socket, de manera que varias referencias de procesador y placas base son compatibles entre ellos, permitiendo distintas configuraciones.
Buses del procesador
Todos los procesadores poseen un bus principal o de sistema por el cual se envían y reciben todos los datos, instrucciones y direcciones desde los integrados del chipset o desde el resto de dispositivos. Como puente de conexión entre el procesador y el resto del sistema, define mucho del rendimiento del sistema, su velocidad se mide en bytes por segundo.
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