HISTORIA, CONOCIMIENTO Y ARQUITECTURA DE LOS MICROPROCESADORES.(primera parte)

Un microprocesador es un conjunto de circuitos electrónicos altamente integrado para cálculo y control computacional. El microprocesador es utilizado como Unidad Central de Proceso en un sistema microordenador y en otros dispositivos electrónicos complejos como cámaras fotográficas e impresoras, y como añadido en pequeños aparatos extraíbles de otros aparatos más complejos como por ejemplo equipos musicales de automóviles o televisores.
Parámetros significativos de un procesador son su ancho de bus (medido en bits), la frecuencia de reloj a la que trabajan (medida en hercios), y el tamaño de memoria caché (medido en kilobytes). Generalmente, el microprocesador tiene circuitos de almacenamiento (o memoria caché) y puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado (o chip). Vale acotar que existen dos tipos de memoria caché cuyo funcionamiento es análogo:

(a) L1 o interna (situada dentro del propio procesador y por tanto de acceso aún más rápido y aún más cara). La caché de primer nivel contiene muy pocos kilobytes (unos 32 ó 64 Kb)
(b) L2 o externa (situada entre el procesador y la RAM).

Los tamaños típicos de la memoria caché L2 oscilan en la actualidad entre 256 kb y 4 Mb. La memoria caché L2 es ligeramente más lenta y con más latencias que la L1, pero es más barata y de mayor cantidad de datos. En los primeros microprocesadores, sólo la memoria caché L1 estaba integrada en el CPU, la caché L2 estaba en la placa madre, hoy en día todos los procesadores tienen la memoria caché L2 integrada dentro de el mismo.

El socket es una matriz de pequeños agujeros (zócalo) existente en una placa base donde encajan, sin dificultad, los pines de un microprocesador; dicha matriz permite la conexión entre el microprocesador y dicha placa base. En los primeros ordenadores personales, el microprocesador venía directamente soldado a la placa base, pero la aparición de una amplia gama de microprocesadores llevó a la creación del socket.
En general, cada familia de microprocesador requiere un tipo distinto de zócalo, ya que existen diferencias en el número de pines, su disposición geométrica y la interconexión requerida con los componentes de la placa base. Por tanto, no es posible conectar un microprocesador a una placa base con un zócalo no diseñado para él.

Generalmente, el microprocesador tiene puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado (o chip). El chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las funciones que el microprocesador delega en ellos. El conjunto de circuitos integrados auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea suele ser conocido como chipset, cuya traducción literal del inglés significa conjunto de circuitos integrados. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo. La mayoría de los sistemas necesitan más de un circuito integrado auxiliar; sin embargo, el término chipset se suele emplear en la actualidad cuando se habla sobre las placas base de los IBM PCs.

En los procesadores habituales el chipset está formado por 2 circuitos auxiliares al procesador principal:

* El puente norte se usa como puente de enlace entre dicho procesador y la memoria. El NorthBridge controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP, y las comunicaciones con el SouthBridge.

* El SouthBridge controla los dispositivos asociados como son la controladora de discos IDE, puertos USB, Firewire, SATA, RAID, ranuras PCI, ranura AMR, ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LAN y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. El puente sur es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los periféricos).

Este término fue usado frecuentemente en los años 70 y 90 para designar los circuitos integrados encargados de las tareas gráficas de los ordenadores domésticos de la época: el Commodore Amiga y el Atari ST. Ambos ordenadores tenían un procesador principal, pero gran cantidad de sus funciones gráficas y de sonido estaban incluidas en coprocesadores separados que funcionaban en paralelo al procesador principal.
Cierto libro compara al Chipset con la médula espinal: una persona puede tener un buen cerebro, pero si la médula falla, todo lo de abajo no sirve para nada.

El primer microprocesador comercial, el Intel 4004, fue desarrollado el 15 de noviembre de 1971. Los diseñadores jefe fueron Ted Hoff y Federico Faggin de Intel, y Masatoshi Shima de Busicom (más tarde de ZiLOG).
Los microprocesadores modernos están integrados por millones de transistores y otros componentes empaquetados en una cápsula cuyo tamaño varía según las necesidades de las aplicaciones a las que van dirigidas, y que van actualmente desde el tamaño de un grano de lenteja hasta el de casi una galleta. Las partes lógicas que componen un microprocesador son, entre otras: unidad aritmético-lógica, registros de almacenamiento, unidad de control, Unidad de ejecución, memoria caché y buses de datos control y dirección.

Existen una serie de fabricantes de microprocesadores, como IBM, Intel, Zilog, Motorola, Cyrix, AMD. A lo largo de la historia y desde su desarrollo inicial, los microprocesadores han mejorado enormemente su capacidad, desde los viejos Intel 8080, Zilog Z80 o Motorola 6809, hasta los recientes Intel Itanium, Transmeta Efficeon o Cell. Ahora los nuevos micros pueden tratar instrucciones de hasta 256 bits, habiendo pasado por los de 128, 64, 32, 16, 8 y 4.

Antecedentes históricos

Desde la aparición de los primeros computadores en los años cuarenta del siglo XX, muchas fueron las evoluciones que tuvieron los procesadores antes de que el microprocesador surgiera por simple disminución del procesador. Entre esas evoluciones podemos destacar estos hitos:

* ENIAC fue un computador con procesador multiciclo de programación cableada, esto es, la memoria contenía solo los datos y no los programas. ENIAC fue el primer computador, que funcionaba según una técnica a la que posteriormente se dio el nombre de monociclo.
* EDVAC fue la primera máquina de Von Neumann, esto es, la primera máquina que contiene datos y programas en la misma memoria. Fue el primer procesador multiciclo.
* El IBM 7030 (apodado Stretch) fue el primer computador con procesador segmentado. La segmentación siempre ha sido fundamental en Arquitectura de Computadores desde entonces.
* El IBM 360/91 supuso grandes avances en la arquitectura segmentada, introduciendo la detección dinámica de riesgos de memoria, la anticipación generalizada y las estaciones de reserva.
* El CDC 6600 fue otro importante computador de microprocesador segmentado, al que se considera el primer supercomputador.
* El último gran hito de la Arquitectura de Computadores fue la segmentación superescalar, propuesta por John Cocke, que consiste en ejecutar muchas instrucciones a la vez en el mismo microprocesador. Los primeros procesadores superescalares fueron los IBM Power-1.

Hay que destacar que los grandes avances en la construcción de microprocesadores se deben más a la Arquitectura de Computadores que a la miniaturización electrónica. El microprocesador se compone de muchos componentes. En los primeros procesadores gran parte de los componentes estaban ociosos el 90% del tiempo. Sin embargo hoy en día los componentes están repetidos una o más veces en el mismo microprocesador, y los cauces están hechos de forma que siempre están todos los componentes trabajando. Por eso los microprocesadores son tan rápidos y tan productivos. Esta productividad tan desmesurada, junto con el gran número de transistores por microprocesador (debido en parte al uso de memorias cache) es lo que hace que necesiten los inmensos sistemas de refrigeración que se usan hoy en día. Inmensos en comparación con el microprocesador, que habitualmente consiste en una cajita de 2 centímetros de largo y de ancho por 1 milímetro de altura, cuando los refrigeradores suelen tener volúmenes de al menos 5 centímetros cúbicos.