historia de los microprocesadores (segunda parte)

Evolución del microprocesador

- 1971: Intel 4004: El primer microprocesador comercial fue el Intel 4004, que salió al mercado el 15 de noviembre de 1971.
- 19xx: Intel 8008
- 1978: Intel 8086, Motorola 68000
- 1979: Intel 8088
- 1982: Intel 80286, Motorola 68020
- 1985: Intel 80386, Motorola 68020, AMD80386
- 1989: Intel 80486, Motorola 68040, AMD80486
- 1993: Intel Pentium, Motorola 68060, AMD K5, MIPS R10000
- 1995: Intel Pentium Pro
- 1997: Intel Pentium II, AMD K6, PowerPC (versiones G3 y G4), MIPS R120007
- 1999: Intel Pentium III, AMD K6-2
- 2000: Intel Pentium 4, Intel Itanium 2, AMD Athlon XP, AMD Durom, PowerPC G4, MIPS R14000
- 2005: Intel Pentium D, Intel Extreme Edition con hyper threading, Intel Core Duo, IMac con Procesador Intel Core Duo, AMD Athlon 64, AMD Athlon X2, AMD Athlon FX.
- 2006: Intel Core 2 Duo Su distribución comenzó el 27 de julio de 2006

¿QUÉ ES UN MICROPROCESADOR?

Un microprocesador es un circuito integrado construido en un pedazo diminuto de silicón. Contiene miles, o incluso millones, de transistores que se interconectan vía los rastros extrafinos de aluminio. Los transistores trabajan, guardan y manipulan datos juntos para que el microprocesador pueda realizar una gran variedad de funciones útiles.El particular funcionamiento de un microprocesador es, realiza el dictado por software. El primer microprocesador de Intel fue el 4004. Se introdujo en 1971, y contuvo 2,300 transistores. El procesador Pentium ® II , por contraste, contiene 7.5 millones de transistores. Una de las funciones mas conunes de los microprocesadores es servir como los "cerebros" dentro de las computadoras personales, pero ellos entregan "inteligencia" a los otros dispositivos innumerables también. Por ejemplo, ellos pueden dar su velocidad-dial del teléfono y opciones del redial, automáticamente pueden bajar el termostato de su casa por la noche, y pueden hacer su automóvil más seguro y más energía eficaz.
Arquitectura de computadores

El concepto de Arquitectura de computadores se define como las características visibles para el usuario de una computadora relativas a las funcionalidades o prestaciones que una determinada configuración, organización o estructura de computadoras puede brindar, por ejemplo aspectos relacionados con formato de instrucción, modo de direccionamiento, conjunto de instrucciones, entre otros.

Arquitectura del hardware Refiriéndose únicamente al tipo de procesador

* ARM
StrongARM
* DEC Alpha
* IA32, x86 o i386
IA64
AMD64
* MIPS
* PowerPC
* PA-RISC
* Sparc
UltraSparc
* Motorola 68000

IA32

IA32 es la arquitectura de microprocesadores de 32 bits de Intel (Intel Architecture 32). Son los microprocesadores más usados en los ordenadores personales (PC).
Esta gama de microprocesadores comenzó con el 80386, conocido luego popularmente como 386 o x86 para denominar a toda la gama. Los procesadores de Intel que siguieron y mantuvieron la compatibilidad son el 486, Pentium (o 586), Pentium II (o 686), Pentium III y Pentium IV.
La novedad de estos procesadores con respecto a sus predecesores es que incluyen gestión de memoria avanzada (segmentación, paginación, soporte de memoria virtual), unidad de punto flotante, y a partir del Pentium MMX, soporte para operaciones matriciales complejas, muy usadas en aplicaciones gráficas y multimedia(fotos , videos,etc).

X86

x86 es la denominación genérica dada a ciertos procesadores de la familia Intel, sus compatibles y a la arquitectura básica de estos procesadores, por la terminación de sus nombres: 8086, 80286, 80386 y 80486. Los sucesores del 80486 pasarán a ser llamados por nombres no numéricos, bajo la denominación Pentium, sin embargo todavía se los llama procesadores de la familia x86.

Es la arquitectura más popular comercialmente, siendo producidos por fabricantes como AMD, Cyrix, NEC Corporation y Transmeta.

La arquitectura es notablemente no limpia, por mantener compatibilidad con la línea de procesadores de 16 bits de Intel, que a su vez también eran compatibles con una familia de procesadores de 8 bits. Existen dos sucesores de 64 bits para esta arquitectura:

IA64, empleada en los procesadores Itanium de Intel y no compatible con X86, excepto bajo emulación.

AMD64 o x86-64, de AMD, que es básicamiente una extensión de 64 bits de la familia x86.
Técnicamente, la arquitectura es denominada IA32 (Intel Architecture 32 bits).

Historia

Intel inició sus operaciones siendo un fabricante de memorias para computadoras. En 1971 fue la primera compañía en lograr la integración de suficientes transistores como para vender un microprocesador programable completo con un juego de instrucciones de 4 bits, que se volvería muy común en calculadoras de bolsillo: El Intel 4004.

Al 4004 lo sucedieon el 8008 en 1972 y en 1974 el 8080, cada vez logrando mayor capacidad. En 1978, Intel comenzó a comercializar el procesador 8086, un ambicioso chip de 16 bits potencialmente capaz de ser el corazón de computadoras de propósito múltiple. El 8086 se comercializó en versiones desde 5 y hasta 10MHz. IBM adoptó al hermano menor del 8086 (el 8088, un procesador con un bus de datos interno de 16 bits, pero con el bus externo de 8 bits, lo que permitía aprovechar diseños y circuitos para sistemas de 8 bits) para basarse en él y lanzar la línea de computadoras más exitosa de la historia: el IBM PC (1981) y el IBM PC/XT (eXtended Technology) (1983).
El éxito de esta serie fue tal que a partir de ese momento, todos los CPUs de Intel mantuvieron una estricta política de compatibilidad hacia atrás - Todo CPU fabricado por Intel desde ese momento y hasta el 2001 es capaz de ejecutar código compilado para cualquiera de sus predecesores.

Al 8086 lo sucedió el 80286 en 1982 (en el cual se basó la IBM PC/AT, 1985). Este chip, de 24/16 bits, implementó el modo protegido de ejecución, sentando las bases para la aparición de los verdaderos sistemas multitarea de escritorio. El 80286 apareció a 6MHz, y a lo largo de los años llegó hasta los 12MHz. Hubo varios sistemas operativos que aprovecharon su modo protegido para ofrecer multitarea real, tales como las primeras versiones de OS/2, o Xenix.

Pero el verdadero boom de la multitarea no llegó hasta el nacimiento del 80386 (1985) - Un avance tan fuerte que hoy en día es común referirse como i386 a toda la línea de procesadores que le siguieron (también es común la referencia IA32, Intel Arquitecture of 32 bits). El 386 fue el primer procesador de Intel de 32 bits, y -magníficas noticias para los desarrolladores- utilizarlo para aplicaciones de multitarea sería ya mucho más fácil de lo que lo fue con el 80286. El 80386 maneja velocidades de 16 a 33MHz.

El 80486 apareció en 1989. Fue un cambio relativamente menor frente al 80386 - Hasta su aparición, todas las computadoras PC tenían la opción de comprar un -bastante caro- coprocesador numérico - para las XT, el 8087. Para las AT, el 80287. Para las 386, el 80387. A partir del 80486, el coprocesador numérico, así como la memoria caché fueron integrados al CPU, trayendo como resultado un gran aumento en la velocidad percibida por los usuarios, sin cambios arquitectónicos de fondo importantes. El 486 existe en versiones desde 25 y hasta 100MHz.

En 1993 apareció el Pentium. ¿Por qué ya no se llamó 80586? Porque muchas empresas competidoras de Intel comenzaron a producir CPUs con el mismo nombre que los de Intel. Ante el fallo de que un número no puede ser tomado como marca registrada, a partir de entonces los procesadores llevan un nombre propio. Este procesador incorporaba bastantes novedades, entre ellas un coprocesador muy mejorado y un doble sistema de prefetch, lo que le permitía en ciertas situaciones ejecutar dos instrucciones simultáneas, con el consiguiente aumento de rendimiento (desgraciadamente, esto solo era posible bajo ciertas combinaciones muy estrictas de instrucciones, con lo que el aumento de rendimiento sólo era apreciable en aplicaciones compiladas específicamente para él). El Pentium llegó desde los 60 hasta los 233MHz.
Poco después hizo su aparición el Pentium Pro, una versión orientada a servidores que incluía la caché de segundo nivel en el mismo encapsulado que el procesador. Desgraciadamente su elevado precio supuso un freno a su expansión.

Desde entonces, la tendencia al aparecer el Pentium II (1997), Pentium III (1999) y Pentium 4 (2000) ha sido la integración de más componentes, la adición de instrucciones específicas de multimedia y a elevar la velocidad de reloj tanto como sea posible. El Pentium II llegó desde 233 hasta 450MHz. El Pentium III desde 450 a 1200 (1.2GHz). El Pentium 4 debutó a 1.3GHz y llega ya a los 3.80 GHz. Con todo, la carrera de los Mhz se vio frenada debido al creciente consumo de energía y generación de calor producida por los microprocesadores a altas frecuencias de reloj, que en los últimos Pentium 4 superó fácilmente los 100W.

Paralelamente al Pentium II dos familias de CPUs fueron anunciadas: El Celeron, que es similar a los Pentium pero con menos memoria caché y, por consiguiente, menor precio y velocidad, y el Xeon, orientado a servidores, con más memoria caché - y claro está, mucho mayor costo.

En 2001, tras una muy larga etapa de desarrollo, fue anunciado el Itanium. Éste es el primer CPU desde 1978 que produce Intel que no es compatible con la arquitectura x86 - esta nueva arquitectura de 64 bits es denominada IA64. Esta nueva arquitectura no ha tenido el efecto que se vaticinaba en un principio, en parte por la carencia de software listo para ser utilizado y en parte porque la velocidad es ligeramente menor a la de la arquitectura i386. Hoy en día, la competencia se pone más difícil aún para Intel, pues AMD -compañía rival de Intel- anunció la arquitectura x86-64, que es una extensión a la i386 (compatible con todo el software ya existente) permitiéndole ejecutar código de 64 bits.

La tendencia actual de los fabricantes es presentar diseños que integren múltiples núcleos dentro de un mismo chip, buscando así conjurar las ventajas de los sistemas multiprocesador. De esta manera, tanto Intel, con Pentium D, como AMD, con Athlon, ya presentan al mercado modelos de dos núcleos, de tres nucleos como el Phenom de AMD(no creo que tengan un gran futuro), y de 4 nucleos como el Opteron de AMD y Xeon de Intel (Aun no hay suficientes aplicaciones que puedan aprovechar la potencia y rendimuiento de estos procesadores).

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.