El Microprocesador
La intención de esta unidad es entender la forma en que trabajan los microprocesadores (también llamados procesadores o micros).
Definición
El microprocesador es un circuito integrado que contiene todos los elementos de una "unidad central de procesamiento" o CPU. En la actualidad en el interior de este componente electrónico existen millones de transistores integrados.
Suelen tener forma de prisma chato, y se instalan sobre un elemento llamado zócalo (slot). También, en modelos antiguos solía soldarse directamente a la placa madre. Aparecieron algunos modelos donde se adoptó el formato de cartucho, sin embargo no tuvo mucho éxito. Actualmente se dispone de un zócalo especial para alojar el microprocesador y el sistema de enfriamiento, que comúnmente es un ventilador (cooler). El microprocesador está compuesto por: registros, la Unidad de control, la Unidad aritmético-lógica, y dependiendo del procesador, una unidad en coma flotante.
http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador
Instrucciones
Las computadoras trabajan con comandos de nivel inferior llamados instrucciones. Los comandos de nivel inferior reciben este nombre porque trabajan directamente sobre el hardware propiamente dicho. Cada procesador tiene un grupo específico de estos comandos que utiliza para trabajar. A este grupo de comandos se lo conoce como conjuntos de instrucciones del procesador.
Estas instrucciones son accesibles para los programadores a través de diversos lenguajes de programación, siendo actualmente mas usados los lenguajes de alto nivel, donde el programador escribe órdenes muy cercanas al lenguaje humano, o bien selecciona objetos y determina las relaciones entre ellos. Posteriormente este lenguaje de alto nivel es convertido (compilado) en lenguaje de ensamblaje, posteriormente en código de máquina hexadecimal, después en código de máquina binario, y finalmente interpretados por el procesador.
Las instrucciones típicas x86 durante años han constituido la base del ambiente de PC, incluyen comandos para funciones aritméticas, movimiento de datos, instrucciones lógicas e instrucciones de entrada/salida.
Diseños Superescalares
Recordemos que los procesadores trabajan con ciclos de reloj, los cuáles se miden en megahertz (mhz). 1 mhz equivale a 1 millón de ciclos por segundo. Básicamente en cada ciclo se puede ejecutar solo una instrucción, pero en un programa típico de computación existen instrucciones que podrían ser ejecutadas al mismo tiempo. Como los procesadores ejecutaban solo una instrucción en cada ciclo de reloj, nos encontrábamos ante un problema de eficiencia.
Procesadores actuales como Alpha, PowerPC, Pentium y Sparc introducen la tecnología superescalar, que permite ejecutar mas de una instrucción en un ciclo de reloj. Esto se logra con el uso de canales múltiples.
Conjuntos de Instrucciones: RISC y CISC
Existen dos filosofías de diseño bien definidas para los conjuntos de instrucciones que ejecutan los procesadores. Una llamada CISC (Complex Instruction Set Computing) que es utilizada por los procesadores para PC (Intel, AMD y Cyrix) y por los procesadores 680x0 para las Macintosh. En el otro extremo, encontramos la tecnología RISC (Reduced Instruction Set Computing), utilizadas por el procesador PowerPC y las estaciones de trabajo Silicon Graphics, por ejemplo.
La Familia de Procesadores INTEL
Cuando IBM en 1981 introduce al mercado su computadora la llamó IBM PC. Las máquinas (no IBM) que podían ejecutar aplicaciones para la IBM PC se las llamó COMPATIBLES CON IBM PC. Es decir el hardware podía cambiar, pero seguía llamándose PC. Respecto al software, también podía cambiar, pudiendo ser DOS o WINDOWS de Microsoft, OS/2 de IBM u otro, y el término para referirse a la máquina seguía siendo PC.
El único elemento que no cambió de fabricante a través de esos años fue el procesador, indudablemente de INTEL. En la actualidad podemos encontrar otros fabricantes (AMD y Cyrix) de procesadores que son compatibles con los procesadores de Intel.
Del 4004 al 80286
El primer procesador diseñado por Intel fue el 4004 en el año 1971, siendo este de 4 bits. Un año después se mejora el diseño a 8 bits y se produce el 8008. En 1974 Intel lanza el 8080 que ofrecía un conjunto de instrucciones más poderoso. En 1978 aparece el 8086 de 16 bits, el primer microprocesador serio de Intel. Como en esa época el hardware era muy costoso, Intel rediseña un año después el 8086 haciendo que trabaje internamente con 16 bits, pero con un bus externo de 8 bits, logrando compatibilidad con el hardware existente y por lo tanto más económico; este procesador se llamó 8088 y se convirtió en el corazón de la IBM PC. El 8088 alcanzaba velocidades de 8 mhz y solo podía manejar 1 mb de memoria principal.
En 1982 Intel diseña el 80286 de 16 bits, 12 mhz y con manejo de 16 mb de memoria. Este micro es utilizado en 1984 en la PC AT de IBM.
El 80386
Este micro es introducido en 1985 en una PC Compaq. El 80386 de Intel tenía 32 bits, alcanzando velocidades de reloj de 40 mhz y manejando hasta 4 gb de memoria principal. El 80386 se convirtió en el primer chip que permitía en la práctica la MULTITAREA. La interface gráfica Windows comenzó a consolidarse, por lo que Windows le debe al 386 mucho, ya que permitió su crecimiento.
Existieron dos variantes del 80386, el DX que era el original, mejor y más caro, y el SX cuyo bus externo era de 16 bits. La clasificación DX y SX continuó en el procesador 80486.
El 80486
Intel presenta el 80486 en 1989. Dentro de las mejoras técnicas encontramos la incorporación de un caché de 8 kb, un modo de estallido que hizo más veloz la comunicación entre la RAM y el micro, y la canalización real que permitió ejecutar mas de una instrucción por ciclo. El manejo máximo de memoria se mantuvo en los 4 gb. Las primeras velocidades de reloj eran de 25, 33 y 50 mhz. Windows 3.x funcionó realmente bien con el 486 e incluso Windows 95 llegó a trabajar (algo lento) pero trabajar al fin.
Algunas mejoras del 486 fueron los 80486-DX-2 y 80486-DX-4 que lograron velocidades de hasta 100 mhz.
AMD y CYRIX entran en la competencia
La línea de procesadores 80486 de Intel presenció las primeras copias o clones del mismo. AMD (Advanced Micro Devices) y Cyrix fabricaron versiones propias del 486 incluso triplicando la velocidad de reloj y alcanzando hasta 120 mhz.
En 1995 Intel abandona la línea 486, sin embargo sus competidores la continúan. AMD con su 5x86 comparando su rendimiento con los primeros Pentium de Intel, por esto AMD lo llamó K5. Cyrix siguió también su camino con el 5x86. Generalmente estos chips "clones" eran más económicos que la nueva línea Pentium de Intel.
Las diversas presentaciones del Pentium
Para diferenciarse de sus competidores, Intel dio a su nueva línea de procesadores el nombre de Pentium (Pent = raíz latina de cinco) y patentó esta marca.
El Pentium de Intel, seguía siendo un diseño basado en CISC, sin embargo incluyó varias tecnologías RISC. Dentro de las mejoras incorporadas podemos mencionar a:
Arquitectura super-escalar que utiliza dos canales que mejora el desempeño de los programas.
Tecnología de predicción de ramificaciones, que ayuda a minimizar el retraso incurrido en instrucciones ramificadas.
Aumento de la velocidad de transferencia de datos a memoria utilizando un bus de 64 bits.
Incorporación de un administrador de energía integrado.
Dos caché de Nivel 1 (L1) independientes. Uno para datos y otro para instrucciones.
El Pentium debutó en 1993 con velocidades de reloj de 60 y 66 mhz. Las versiones posteriores del Pentium original tuvieron velocidades de 75, 90, 100, 120, 133, 150 y 200 mhz. Todas las versiones tenían mas de tres millones de transistores y requerían de radiadores para disipar el calor.
Pentium MMX
En 1997, Intel introduce el Pentium MMX (Multi Media eXtensions), un conjunto de 57 instrucciones adicionales que mejoraron el rendimiento del procesador cuando ejecuta aplicaciones de tipo multimedia. A su vez, el MMX aumentó de 5 a 6 canales, 8 caché de Nivel 1 de 16 kb y se mejoró la predicción de ramificaciones.
Pentium Pro
Esta mejora del Pentium original, incorporó una nueva forma de ejecutar las instrucciones ya que su núcleo fue de tecnología RISC. Las microinstrucciones CISC (típicas de los procesadores de Intel) se forman a partir de las anteriores. A esta combinación se la llamó RISC86.
Otras mejoras del Pentium Pro fueron un aumento de canales, la capacidad de integración de múltiples procesadores (4) en un solo sistema, un nuevo caché de Nivel 2 de 256 kb (además de los de Nivel 1). Todos esto aumentó el costo de fabricación y por lo tanto los precios de los mismos no bajaron. Pentium Pro sirvió de base para el desarrollo de Pentium II.
Pentium II
Este micro está construido con el mismo diseño que el Pentium Pro, pero agrega 2 millones de transistores. las versiones de Pentium II corren a 233, 266, 300, 333, 400, 450 mhz. Dentro de las características principales encontramos a: un único punto de contacto que encaja en el Slot 1 de las motherboards, arquitectura de doble bus independiente, caché de Nivel 2 de 512 kb, y caché de Nivel 1 de 32 kb.
Los procesadores de AMD y Cyrix que compiten con esta línea de Pentium son el K6 y K7 de AMD, y el 6x86MX y el M II de Cyrix.
Pentium Celeron
Celeron es una marca comercial de Intel utilizada para nombrar un procesador introducido en Junio de 1998. El chip Celeron está basado en la arquitectura P6, la misma que es utilizada en el Pentium II, pero son diseñados para computadoras de bajo costo. Este procesador normalmente corre a menores velocidades de reloj que los Pentium II
Pentium III
Este es el procesador mas avanzado y poderoso de Intel. Se encuentra en velocidades que van desde los 450 mhz hasta los 1.13 ghz. Dentro de él aparecen 70 nuevas instrucciones para el manejo avanzado de imágenes, 3D, audio, video y reconocimiento de voz. Al igual que sus predecesores. Pentium III está basado en la arquitectura P6. Respecto al caché, incluye dos unidades de Nivel 2 de 512 kb. Este procesador está destinado a los usuarios hogareños y de negocios que requieren poder de procesamiento, como así también a estaciones de trabajo profesionales y a servidores de rango bajo y medio.
El Pentium 4
(erróneamente escrito Pentium IV) es un microprocesador de séptima generación basado en la arquitectura x86 y fabricado por Intel. Es el primer microprocesador con un diseño completamente nuevo desde el Pentium Pro de 1995. El Pentium 4 original, denominado Willamette, trabajaba a 1,4 y 1,5 GHz; y fue lanzado en noviembre de 2000.
Para la sorpresa de la industria informática, el Pentium 4 no mejoró el viejo diseño P6 según las dos tradicionales formas para medir el rendimiento: velocidad en el proceso de enteros u operaciones de coma flotante. La estrategia de Intel fue sacrificar el rendimiento de cada ciclo para obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una mejora en las instrucciones SSE. Al igual que los demás procesadores de Intel, el Pentium 4 se comercializa en una versión para equipos de bajo presupuesto (Celeron), y una orientada a servidores de gama alta (Xeon).
Las distintas versiones son: Willamette, Northwood, Extreme Edition, Prescott y Cedar Mill
Motorola y PowerPC
En el mundo de los procesadores, no todo es Intel y compatibles. Hay muchas otras tecnologías de procesadores, siendo los más populares los procesadores Motorola que han hecho funcionar a las Macintosh de Apple y los procesadores Sparc utilizados en las estaciones de trabajo Unix de Sun entre otras.
La primer Mac lanzada en 1984 tenía un micro 68000 de Motorola, el cuál también estaba presente en la Commodore Amiga y en la Atari ST. El procesador 68000 avanzó hasta el 68060.
Actualmente el procesador PowerPC desarrollado por Motorola e IBM reemplazó a la línea 680x0. El PowerPC está basado en tecnología RISC en un 100%.
Acceder a:
http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador
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Preparar una presentación corta (4 o 5 slides) en OOo Impress con el sgte sub-tema de microprocesador:
Amsler: Funcionamiento
Carrizo: Arquitectura
Franz: Historia
Mazzoni: Empaquetado
Ledesma: Comparación de 2 micros actuales
