Historia y evolución de los microprocesadores

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS SOCIALES Y
ADMINISTRATIVAS
MICROPROCESADORES
Camacho Gil Juan Omar
Cid Cuevas Luis Fernando
Estrada Vargas Andrea Janet Coordinador:
Reyes Vera Uriel Camacho Gil Juan Omar
Soto Delgado Itzel
Los microprocesadores son el circuito integrado más complejo que tiene una
computadora y se le llama también de una forma a modo de ilustración como el
“cerebro” de la computadora. Se encuentra ubicado en la tarjeta madre del CPU.
Esta unidad de procesamiento está compuesta por una UNIDAD ARITMETICO
LOGICA (ALU) que permite realizar operaciones aritméticas y lógicas entre dos
números y un coprocesador matemático, y sólo ejecuta instrucciones programadas en
lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como
sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria. y la
UNIDAD DE CONTROL descodifica los programas; los buses transportan información
digital a través del chip y de la computadora; la memoria local se emplea para los
cómputos realizados en el mismo chip.
FUNCIONAMIENTO
El microprocesador se dedica a ejecutar instrucciones que fueron almacenadas como
números binarios en la memoria principal.
Estas instrucciones se realizan siguiendo varias fases:
1. Primero se realiza una lectura previa de las instrucciones (PreFetch); esto para
saber cuales son las necesidades del sistema y de lo que se va a tratar el
proceso.
2. Se envía la instrucción al decodificador (Fetch), ya analizada previamente la
instrucción se manda al decodificador para que siga a la siguiente fase.
3. Se decodifica la instrucción a partir del análisis se puede hacer un proceso con
las necesidades establecidas.
4. Si existen operandos se leen. los operandos son números binarios bien
organizados.
5. Se ejecuta. ya codificada la instrucción se ejecuta.

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6. Se escriben los resultados en la memoria principal o en los registros. este es el
fin del proceso donde ya se encuentran los resultados del mismo.
La función de un microprocesador sería comparable al trabajo que hace
el cerebro en el cuerpo humano. Básicamente realizan operaciones
aritméticas elementales, −suma, resta multiplicación y división− que
son cruciales para ejecutar cualquier acción en las computadoras
modernas. El simple hecho de utilizar el buscador e ingresar a una
página web, requiere la intervención directa de un microprocesador.
Las múltiples funciones de los actuales computadores requieren cada
vez mayor potencia en los microprocesadores.
Estas fases se realizan en un ciclo del CPU, y su duración es determinada por la
frecuencia del reloj.
El microprocesador se conecta a un circuito PLL (son utilizados en demodulación de
señales de frecuencia modulada ( FM ), decodificadores de tono, multiplicación y
división de frecuencias, demodular señales, etc.) que actualmente genera miles de
MHz, por lo cual es fácil generar pulsos a un ritmo constante, esto nos sirve para
generar varios ciclos en un segundo.
EVOLUCIONES Y ANTECEDENTES
Los microprocesadores han sido modificados con el paso del tiempo, esto para mejorar
e innovar su funcionamiento y estructura esas mejoras sirven para aumentar las ventas
y que el microprocesador de un mejor resultado.
Por mencionar algunos microprocesadores conocidos por ser los primeros en su tipo
tenemos:
*ENIAC (Electronic Numeric Integrator And Calculator) Fue un computador con
procesador multiciclo de programación cableada, esto significa que la memoria
contenía sólo los datos y no los programas (cabe mencionar que en ese entonces aún
no existía una memoria como tal ya que funcionaba con cables, y cada que se
realizaba un proceso se conectaba un cable específico). ENIAC fue el primer
computador, que funcionaba con una técnica conocida actualmente como monociclo.

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*EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) fue la primera máquina de
Von Neumann, osea, 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 hit de la Arquitectura de Computadores fue la segmentación
superescalar, propuesta por John Cocke, que consiste en ejecutar muchas
instrucciones en nanosegundos que parece como si fueran instrucciones simultáneas.
Los primeros procesadores superescalares fueron los IBM Power-1.
El microprocesador es un producto de la computadora y con tecnología
semiconductora. Se eslabona desde la mitad de los años 50's; estas tecnologías se
fusionaron a principios de los años 70`'s, produciendo el llamado microprocesador.
La computadora digital hace cálculos bajo el control de un programa. La manera
general en que los cálculos se han hecho es llamada la arquitectura de la computadora
digital. Así mismo la historia de circuitos de estado sólido nos ayuda también, porque el
microprocesador es un circuito con transistores o microcircuito LSI (grande escala de
integración), para ser más preciso.
Las dos tecnologías iniciaron su desarrollo desde la segunda guerra mundial; en este
tiempo los científicos desarrollaron computadoras especialmente para uso militar.
Después de la guerra, a mediados del año de 1940 la computadora digital fue
desarrollada para propósitos científicos y civiles.
La tecnología de circuitos electrónicos avanzó y los científicos hicieron grandes

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progresos en el diseño de dispositivos físicos de Estado Sólido. En 1948 en los
laboratorios Bell crearon el Transistor.
En los años 50's, aparecen las primeras computadoras digitales de propósito general.
Éstas usaban tubos al vacío (bulbos) como componentes electrónicos activos. Tarjetas
o módulos de tubos al vacío fueron usados para construir circuitos lógicos básicos tales
como compuertas lógicas y flip-flops (Celda donde se almacena un bit). Ensamblando
compuertas y flip-flops en módulos, los científicos construyeron la computadora ( la
lógica de control, circuitos de memoria, etc.). Los bulbos también formaron parte de la
construcción de máquinas para la comunicación con las computadoras. Para el estudio
de los circuitos digitales, en la construcción de un circuito sumador simple se requiere
de algunas compuertas lógicas.
La construcción de una computadora digital requiere de muchos circuitos o dispositivos
electrónicos. El principal paso tomado en la computadora fue hacer que el dato fuera
almacenado en memoria como una forma de palabra digital. La idea de almacenar
programas fue muy importante.
La tecnología de los circuitos de estado sólido evolucionó en la década de los años
50's. El uso del material silicio de bajo costo y con métodos de producción masiva,
hicieron al transistor ser el más usado para el diseño de circuitos. Por lo tanto el diseño
de la computadora digital fue un gran avance del cambio para reemplazar al tubo al
vacío (bulbo) por el transistor a finales de los años 50's.
A principios de los años 60's, el arte de la construcción de computadoras de estado
sólido se incrementó y surgieron las tecnologías en circuitos digitales como: RTL
(Lógica Transistor Resistor), DTL (Lógica Transistor Diodo), TTL (Lógica Transistor
Transistor), ECL (Lógica Complementada Emisor).
A mediados de los años 60's se producen las familias de lógica digital, dispositivos en
escala SSI y MSI que corresponden a pequeña y mediana escala de integración de
componentes en los circuitos de fabricación. A finales de los años 60's y principios de
los años 70's surgieron los LSI (gran escala de integración ). La tecnología LSI fue
haciendo posible más y más circuitos digitales en un circuito integrado. Pero pocos
circuitos LSI fueron producidos, los dispositivos de memoria fueron un buen ejemplo.
Las primeras calculadoras electrónicas requerían de 75 a 100 circuitos integrados.

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Después se dio un paso importante en la reducción de la arquitectura de la
computadora a un circuito integrado simple, resultando un circuito que fue llamado el
microprocesador.
El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló
originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía
2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000
operaciones por segundo. El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008,
desarrollado en 1979 para su empleo en terminales informáticos. El Intel 8008 contenía
3.300 transistores. El primer microprocesador realmente diseñado para uso general,
desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y
podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo. Los microprocesadores modernos
tienen una capacidad y velocidad mucho mayores. Entre ellos figuran el Intel Pentium
Pro, con 5,5 millones de transistores; el UltraSparc-II, de Sun Microsystems, que
contiene 5,4 millones de transistores; el PowerPC 620, desarrollado conjuntamente por
Apple, IBM y Motorola, con 7 millones de transistores, y el Alpha 21164A, de Digital
Equipment Corporation, con 9,3 millones de transistores.
HISTORIA DE LOS MICROPROCESADORES.
Intel fue la compañía en diseñar el primer procesador con el 4004 cuyas características
eran de 100 KHz y un bus de 4 bits y manejaba 640 bytes de memoria, tiempo
después, fue anunciado la versión mejorada la intel 8008 que incluía un bus de 8 bits y
una memoria ampliada de 16KB con 3500 transistores, pero fue un proyecto tardío
debido a que se esperaba ocuparlo en su terminal programable Datapoint.
La intel 8080 fue la primera computadora personal que era la Altair 800, cuyas ventas
alcanzaron decenas de miles de PCs.
En 1976 salió al mercado el Z80, procesador de 8 bits que fue basado en el intel 8080.
En 1975 salió al mercado después de la intel 8080 el motorola 6800, cuyo nombre
provenía por la cantidad de 6,800 transistores, varias computadoras la empezaron a
ocupar hasta que varios microprocesadores derivando de él, como el Motorola 6809,
6805, 6807, 6808, 68HC11 y el 68HC12.
En 1991 salió al mercado la amd AMx86 cuyo factor clave eran su compatibilidad con
los códigos de intel, llamado “clon” de intel, que, sorpresivamente superaron a los de

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microprocesadores de intel en la frecuencia de reloj e inclusive, en su precio
descomunalmente menor.
En 1993 salió al mercado el intel pentium, capaz de ejecutar dos operaciones a la vez
con un bus de datos de 64 bits y una velocidad de 233 MHz mientras que por el lado de
AMD salió en 1996 el AMD K5 dejando atrás los procesadores clon, cuya significancia
fue el rival de la intel pentium, cuya arquitectura era equitativa a la Pentium Pro que
salió en 1995.aunque, desgraciadamente tuvo retrasos en la salida del mercado cuyas
frecuencias fueron inferiores a las de la competencia.
En 1999 salió el intel celeron cuya ventaja era su bajo precio en comparación con las
pentium, permitió a intel crecer su mercado de forma exponencial. en ese mismo año
amd sacó al mercado el amd athlon cuya arquitectura fue basada en 32 bits (x86) fue el
procesador más potente de ese momento.
En el año 2000 salió al mercado el intel pentium 4 fue el primero en tener un rediseñó
nuevo con la arquitectura Netburst que de la cual dio mejoras impresionantes, aunque
sacrificaba rendimiento.
En el año 2006 Intel con su afán de mejorar sus procesadores, lanza al mercado el intel
core duo, cuya velocidades del cpu resultaron bajas pero mejorando los ciclos de su
velocidad y energía.
En 2011 salieron al mercado la AMD Fusion cuya característica principal fue la de tener
incluida su GPU mientras que intel liberó las intel core ivy bridge con 32 nanómetros de
transistores de ancho.
ESTRUCTURA DE LOS MICROPROCESADORES.
Como primer punto un microprocesador hace referencia a un conjunto de circuitos
complejos que están integrados por componentes electrónicos, en la actualidad todos
los microprocesadores manejan componentes microscópicos encapsulados en un
pequeño chip.
Aquí quiero hacer referencia a la lectura “IBM Discloses Working Version of a Much
Higher-Capacity Chip”, en donde se hace referencia al tamaño de las nuevas
generaciones de microprocesadores y hacia donde van dirigidos estos avances.

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Actualmente el microprocesador o microchip, como se maneja en la lectura, más
pequeño es de 10 nanómetros, pero IBM está trabajando en un procesadores de 7
nanómetros, y aunque todavía es una investigación no está muy lejos de lograrlo, hago
referencia a este tema ya que como venía mencionando los actuales procesadores son
visibles sus componentes a través de microscopios.
Un microprocesador se encarga de coordinar y direccionar todas las operaciones que
se llevan a cabo entre los diversos dispositivos de la computadora, y no solo de la
computadora, en estos días todos los dispositivos electrónicos trabajan con un
microprocesador, desde teléfonos móviles, computadoras, tabletas, hasta dispositivos
más sencillos como un control remoto.
El microprocesador cuenta con diferentes componentes que a su vez, estos trabajan en
conjunto para realizar diferentes funciones y así poder realizar las operaciones
pertinentes para que el procesador tenga un perfecto funcionamiento y pueda ser
utilizado en cualquier dispositivo electrónico de manera correcta. Las partes esenciales
de un procesador son los registros de memoria, la sección de control que es la
encargada de la decodificación de los datos, los buses de datos, de dirección y de
control que transportan la información digital y por último tenemos el ALU (Unidad
Aritmética Lógica), que es la encargada de realizar las operaciones de cálculo y tomar
decisiones lógicas.
❏ Unidad de pre localización: Esta unidad establece una serie de instrucciones y
secuencias de los procesos que debe de realizar la unidad decodificadora y de
esta manera las traduzca.
❏ Unidad de decodificación: Esta unidad es la encargada de, como su nombre lo
dice, decodificar los datos que entran en una forma o lenguaje en el que los
datos puedan ser procesados.
❏ Unidad de paginación y Unidad de segmentación: Estas dos unidades trabajan
juntas y ayudan para la comunicación interna de la computadora para localizar la
información requerida.
❏ Circuito de comunicación interna: Este circuito es el encargado de controlar los
enlaces entre el microprocesador y los demás componentes de la computadora
o dispositivo. En una computadora gestiona el tráfico de información.

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❏ Unidad de control: Esta unidad es la encargada de dar instrucciones a otros
elementos de la unidad para que de esta manera recojan datos, realicen
cálculos y almacene los resultados.
❏ Unidad de registros: Esta unidad es la encargada de almacenar datos, pero sólo
lo hace temporalmente.
❏ Unidad de prueba: Esta unidad comprueba que los datos que se van a recibir
estén dañados y libres de errores de cualquier tipo para que se puedan realizar
con éxito las operaciones que dependen de estos datos.
❏ Unidad aritmética lógica (ALU): Esta unidad se encarga de realizar y calcular
operaciones aritméticas como la suma, resta, multiplicación y división, también
realiza operaciones lógicas como si, y, o, no, entre valores de los argumentos.
Todos estas unidades y procesos mencionados anteriormente son de vital importancia
para un procesador ya que si alguna de ellas falla, las demás no tendrían un
funcionamiento correcto dentro de todos los procesos y componentes restantes, un
procesador se encuentra realizando procesos todo el tiempo, es como un ciclo que si
alguno uno falla ya no se puede seguir con la secuencia y no se concluye con el
resultado esperado.
CASO PRÁCTICO.
A modo de conclusión como ya bien sabemos un microprocesador también puede ser
llamado chip, microchip e incluso encapsulado. Este puede ser llamado también el
cerebro de una computadora por ejemplo, el microprocesador se compone
fundamentalmente de 2 partes muy importantes que son la Unidad de Control que se
encarga de decirle a este chip que instrucciones debe hacer y por otra parte ésta la
Unidad de Proceso o también llamada la Unidad de Cálculo, en ésta se ejecutan las
instrucciones que la Unidad de control le dijo.
Hay varias compañías de nombre destacado que se dedican a fabricar estos circuitos
integrados como pueden ser: Motorola, IBM, Cyrix, Intel, AMD entre otros y cada uno
de ellos tienen una importancia marcada en la evolución de los microprocesadores.
Hoy en día se sabe que estos chips son tan pequeños que incluso caben en la palma

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de la mano y una compañía como es IBM quiere destacar en el mundo de la
nanotecnología y reducir este tamaño hasta en un 50%.
Es importante decir que un circuito de estos tiene millones de componentes en su
interior como pueden ser miles de transistores, diodos, resistencias, etc pero en su
mayoría son transistores. Este chip trabaja bajo una señal llamada reloj, esta señal va
regulando los pulsos eléctricos ya que cabe resaltar que es un circuito que utiliza
valores discretos (0 y 1) es por esto que el ciclo de reloj va ejecutando valores altos y
valores bajos para así ir leyendo las instrucciones y estas se leen de acuerdo a como
se escriben en el lenguaje ensamblador y en su caso pueden haber saltos entre
instrucciones si el programa lo requiere. Este chip tiene entradas y salidas, el mismo
interpreta está salidas como le convenga y en ocasiones se pueden utilizar sus
resultados como entradas para otro problema propuesto.
Por último tenemos un ejemplo de microprocesador como es el PIC, este por sus siglas
dice que es un circuito integrado programable que usa lenguaje ensamblador para
escribir las instrucciones que requiere el programador, consta de entradas y salidas
que en ciertos casos se pueden convertir todo en entradas, también consta de una
entrada de voltaje positivo y una salida de voltaje a tierra, tiene un reloj interior y
entrada para uno exterior, un reset y podemos utilizar un perro guardián para que el
programador si así lo desea tenga un programa permanente en este microchip. Y por
otro lado como caso práctico damos a conocer cómo es el encendido de un televisor a
través de un control remoto. Esto se basa en un sensor de señal, el control remoto
tiene un diodo LED que funciona como infrarrojo siendo el emisor, esta señal llega a
una receptor de la televisión a un cierto rango de vista. Cuando nosotros oprimimos el
botón de encendido, el microcontrolador le dice al microprocesador de la Tv que cierre
el circuito y que mande cierto voltaje para encender la tv, por otra parte si volvemos a
oprimir el mismo botón, interpreta la operación contraria y se abre el circuito de la Tv
para que ésta se apague. Este es el funcionamiento básico del encendido y apagado
de un Tv gracias a una programación anticipada del microprocesador a base de una
serie de instrucciones.

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