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Microprocesador

El documento describe la historia de los microprocesadores desde el primero comercializado por Intel en 1971 hasta modelos recientes. Ha habido muchos avances que incluyen aumentar el número de transistores, la velocidad, el ancho de banda y la capacidad de procesamiento. Varios fabricantes como Intel, AMD, Motorola y otros han lanzado microprocesadores que impulsaron la computación personal y servidores.

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MICROPROCESADOR
Historia
El primer procesador comercial, el Intel 4004, fue presentado el 15 de
noviembre de 1971.
Existen una serie de fabricantes de microprocesadores, como IBM, Intel,
Zilog, Motorola, Cyrix y 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 Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad, Intel Xeon, Intel Itanium
II etc.
Ahora los nuevos microprocesadores pueden tratar instrucciones de hasta
256 bits, habiendo pasado por los de 128, 64, 32, 16, 8 y 4 bits. Desde la
aparición de los primeros computadores en los años cuarenta del siglo XX.
Intel 4004 Zilog Z80
MICROPROCESADORES
Motorola 6800 Intel 80486DX2
AVANCES
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.
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 productivos.
Esta productividad tan desmesurada, junto con el gran número de transistores por
microprocesador (debido en parte al uso de memorias caché) es lo que hace que
se 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.
FUNCIONAMIENTO
El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados
secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en
varias fases:
o Preselecciona (PreFetch): pre-lectura de la instrucción desde la memoria principal.
o Selecciona (Fetch): envío de la instrucción al decodificador.
o Decodificación (Decode) de la instrucción: determinar qué instrucción es y por tanto
qué se debe hacer.
o Ejecución (Execute): lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el
procesamiento.
o Escritura (Store) 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 duración de estos ciclos viene
determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar
la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal. El microprocesador se
conecta a un oscilador, normalmente un cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo
constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo.
INSTRUCCIONES
Para que un programa pueda ser ejecutado por una computadora, ha de estar almacenado en la
memoria central (memoria RAM). El microprocesador tomará una a una las instrucciones que lo
componen e irá realizando las tareas correspondientes.

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Microprocesador

  • 2. Historia El primer procesador comercial, el Intel 4004, fue presentado el 15 de noviembre de 1971. Existen una serie de fabricantes de microprocesadores, como IBM, Intel, Zilog, Motorola, Cyrix y 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 Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad, Intel Xeon, Intel Itanium II etc. Ahora los nuevos microprocesadores pueden tratar instrucciones de hasta 256 bits, habiendo pasado por los de 128, 64, 32, 16, 8 y 4 bits. Desde la aparición de los primeros computadores en los años cuarenta del siglo XX.
  • 3. Intel 4004 Zilog Z80 MICROPROCESADORES Motorola 6800 Intel 80486DX2
  • 4. AVANCES 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. 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 productivos. Esta productividad tan desmesurada, junto con el gran número de transistores por microprocesador (debido en parte al uso de memorias caché) es lo que hace que se 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.
  • 5. FUNCIONAMIENTO El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases: o Preselecciona (PreFetch): pre-lectura de la instrucción desde la memoria principal. o Selecciona (Fetch): envío de la instrucción al decodificador. o Decodificación (Decode) de la instrucción: determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer. o Ejecución (Execute): lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento. o Escritura (Store) 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 duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal. El microprocesador se conecta a un oscilador, normalmente un cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo.
  • 6. INSTRUCCIONES Para que un programa pueda ser ejecutado por una computadora, ha de estar almacenado en la memoria central (memoria RAM). El microprocesador tomará una a una las instrucciones que lo componen e irá realizando las tareas correspondientes.
  • 7. VELOCIDAD Actualmente se habla de frecuencias de Gigaherzios (GHz.), o de Megaherzios (MHz.). Lo que supone miles de millones o millones, respectivamente, de ciclos por segundo. El indicador de la frecuencia de un microprocesador es un buen referente de la velocidad de proceso del mismo, pero no el único. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabo una tarea concreta, así como el ancho de banda ó cantidad de instrucciones ejecutadas por ciclo ICP, son los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible, mientras que el índice ICP depende de varios factores, como el grado de supersegmentación y la cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles, entre otros.
  • 8. SEGMENTACION La segmentación pretende aliviar el desaprovechamiento del hardware que se produce durante la ejecución de una instrucción. Es un método por el cual se consigue aumentar el rendimiento de un computador. Es aplicado, sobre todo, en microprocesadores. A mayor ruta crítica (tiempo o retraso entre registros) menor es la frecuencia máxima de trabajo y a menor ruta crítica mayor frecuencia de trabajo.
  • 9. 1971: Intel 4004. Este procesador fue originalmente diseñado por parte de Intel para la compañía japonesa Busicom para ser usado en su línea de calculadoras. Por primera vez un “chip” electrónico podía ser programado mediante software para dársele un uso general, en vez de tener un única función.
  • 10. 1972: El Intel 8008 El Intel 8008 (i8008) es un microprocesador diseñado y fabricado por Intel que fue lanzado al mercado en abril de 1972. Codificado inicialmente como 1201, fue pedido a Intel por Computer Terminal Corporation para usarlo en su terminal programable Datapoint 2200, pero debido a que Intel terminó el proyecto tarde y a que no cumplía con la expectativas de Computer Terminal Corporation, finalmente no fue usado en el Datapoint 2200. Posteriormente Computer Terminal Corporation e Intel acordaron que el 8008 pudiera ser vendido a otros clientes
  • 11. 1975: Motorola 6800 Se fabrica, por parte de Motorola, el Motorola MC6800, más conocido como 6800. Fue lanzado al mercado poco después del Intel 8080. Su nombre proviene de que contenía aproximadamente 6800 transistores. Varios de los primeras microcomputadoras de los años 1970 usaron el 6800 como procesador. Entre ellas se encuentran la SWTPC 6800, que fue la primera en usarlo, y la muy conocida Altair 680. Este microprocesador se utilizó profusamente como parte de un kit para el desarrollo de sistemas controladores en la industria. Partiendo del 6800 se crearon varios procesadores derivados, siendo uno de los más potentes el Motorola 6809
  • 12. 1976: Zilog Z80 Microprocesador de 8 bits cuya arquitectura se encuentra a medio camino entre la organización de acumulador y de registros de propósito general. Si consideramos al Z80 como procesador de arquitectura de registros generales, se sitúa dentro del tipo de registro-memoria.
  • 13. 1978: Intel 8086, al 1979: Intel 8088 La diferencia entre el i8086 y el i8088 es que este último utiliza un bus externo de 8 bits, para poder emplear circuitos de soporte al microprocesador más económicos, en contraposición al bus de 16 bits del i8086.
  • 14. 1982: Intel 80286 El Intel 80286 (llamado oficialmente iAPX 286, también conocido como i286 o 286) es un microprocesador de 16 bits de la familia x86, que fue lanzado al mercado por Intel el 1 de febrero de 1982. Las versiones iniciales del i286 funcionaban a 6 y 8 MHz, pero acabó alcanzando una velocidad de hasta 25 MHz. El i286 fue el microprocesador más empleado en los IBM PC y compatibles entre mediados y finales de los años 80 .
  • 15. 1985: Intel 80386, AMD80386 El Intel 80386 (i386, 386) es un microprocesador CISC con arquitectura x86. Durante su diseño se le llamó 'P3', debido a que era el prototipo de la tercera generación x86. El i386 fue empleado como la unidad central de proceso de muchos ordenadores personales desde mediados de los años 80 hasta principios de los 90. . El AMD tenía una velocidad de hasta 40 MHz lo que superaba a su competidor que sólo llegó a los 33 MHz.
  • 16. 1985: El VAX 78032 El microprocesador VAX 78032 (también conocido como DC333), es de único chip y de 32 bits, y fue desarrollado y fabricado por Digital Equipment Corporation(DEC); instalado en los equipos MicroVAX II
  • 17. 1989: Intel 80486 Los i486 son muy similares a sus predecesores, los Intel 80386. La diferencias principales son que los i486 tienen un conjunto de instrucciones optimizado, una unidad de coma flotante y un caché unificado integrados en el propio circuito integrado del microprocesador y una unidad de interfaz de bus mejorada. Estas mejoras hacen que los i486 sean el doble de rápidos que un i386 a la misma velocidad de reloj.
  • 18. 1991: El AMD AMx86 Procesadores fabricados por AMD 100% compatible con los códigos de Intel de ese momento, llamados «clones» de Intel, llegaron incluso a superar la frecuencia de reloj de los procesadores de Intel y a precios significativamente menores.
  • 19. 1993: PowerPC 601 Es un procesador de tecnología RISC de 32 bits, en 50 y 66MHz. En su diseño utilizaron la interfaz de bus del Motorola 88110. En 1991, IBM busca una alianza con Apple y Motorola para impulsar la creación de este microprocesador, surge la alianza AIM (Apple, IBM y Motorola) cuyo objetivo fue quitar el dominio que Microsoft e Intel tenían en sistemas basados en los 80386 y 80486
  • 20. 1993: El Intel Pentium El microprocesador de Pentium poseía una arquitectura capaz de ejecutar dos operaciones a la vez, gracias a sus dos pipeline de datos de 32bits cada uno, uno equivalente al 486DX(u) y el otro equivalente a 486SX(u). Además, estaba dotado de un bus de datos de 64 bits, y permitía un acceso a memoria de 64 bits (aunque el procesador seguía manteniendo compatibilidad de 32 bits para las operaciones internas, y los registros también eran de 32 bits).
  • 21. 1994: EL PowerPC 620 . En este año IBM y Motorola desarrollan el primer prototipo del procesador PowerPC de 64 bit la implementación más avanzada de la arquitectura PowerPC, El 620 fue diseñado para su utilización en servidores, y especialmente optimizado para usarlo en configuraciones de cuatro y hasta ocho procesadores en servidores de aplicaciones de base de datos y vídeo.
  • 22. 1995: EL Intel Pentium Pro Lanzado al mercado para el otoño de 1995, el procesador Pentium Pro (profesional) se diseñó con una arquitectura de 32 bits. Se usó en servidores y los programas y aplicaciones para estaciones de trabajo (de redes) impulsaron rápidamente su integración en las computadoras.
  • 23. 1996: El AMD K5 1996: Los AMD K6 y AMD K6-2 AMD no sólo consiguió hacerle seriamente la competencia a los Pentium MMX de Intel, sino que además amargó lo que de otra forma hubiese sido un plácido dominio del mercado, ofreciendo un procesador casi a la altura del Pentium II pero por un precio muy inferior.
  • 24. 1997: El Intel Pentium II Un procesador de 7,5 millones de transistores, se busca entre los cambios fundamentales con respecto a su predecesor, mejorar el rendimiento en la ejecución de código de 16 bits, añadir el conjunto de instrucciones MMX y eliminar la memoria caché de segundo nivel del núcleo del procesador, colocándola en una tarjeta de circuito impreso junto a éste.
  • 25. 1998: El Intel Pentium II Xeon Los procesadores Pentium II Xeon se diseñan para cumplir con los requisitos de desempeño en computadoras de medio- rango, servidores más potentes y estaciones de trabajo
  • 26. 1999: El Intel Celeron Continuando la estrategia, Intel, en el desarrollo de procesadores para los segmentos del mercado específicos, el procesador Celeron es el nombre que lleva la línea de bajo costo de Intel.
  • 27. 1999: El AMD Athlon K7 Procesador totalmente compatible con la arquitectura x86. Internamente el Athlon es un rediseño de su antecesor, pero se le mejoró substancialmente el sistema de coma flotante (ahora con 3 unidades de coma flotante que pueden trabajar simultáneamente) y se le incrementó la memoria caché de primer nivel (L1) a 128 KiB (64 KiB para datos y 64 KiB para instrucciones). Además incluye 512 KiB de caché de segundo nivel (L2). El resultado fue el procesador x86 más potente del momento.
  • 28. 1999: El Intel Pentium III Fue diseñado para reforzar el área del desempeño en el Internet, le permite a los usuarios hacer cosas, tales como, navegar a través de páginas pesadas (con muchos gráficos), tiendas virtuales y transmitir archivos video de alta calidad.
  • 29. 1999: El Intel Pentium III Xeon La tecnología del procesador III Xeon acelera la transmisión de información a través del bus del sistema al procesador, mejorando el desempeño significativamente.
  • 30. 2000: EL Intel Pentium 4 . Intel sacrificó el rendimiento de cada ciclo para obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una mejora en las instrucciones SSE.
  • 31. 2001: El AMD Athlon XP Cuando Intel sacó el Pentium 4 a 1,7 GHz en abril de 2001 se vio que el Athlon Thunderbird no estaba a su nivel. Además no era práctico para el overclocking, entonces para seguir estando a la cabeza en cuanto a rendimiento de los procesadores x86, AMD tuvo que diseñar un nuevo núcleo, y sacó el Athlon XP.
  • 32. 2004: El Intel Pentium 4 (Prescott) Su diferencia con los anteriores es que éstos poseen 1 MiB o 2 MiB de caché
  • 33. 2004: El AMD Athlon 64 El Athlon 64 presenta un controlador de memoria en el propio circuito integrado del microprocesador y otras mejoras de arquitectura que le dan un mejor rendimiento que los anteriores Athlon y que el Athlon XP funcionando a la misma velocidad
  • 34. 2006: EL Intel Core Duo Intel lanzó ésta gama de procesadores de doble núcleo y CPUs 2x2 MCM (módulo Multi-Chip) de cuatro núcleos con el conjunto de instrucciones x86-64, basado en el la nueva arquitectura Core de Intel.
  • 35. 2007: El AMD Phenom la primera generación de procesadores de tres y cuatro núcleos basados en la micro arquitectura K10.
  • 36. 2008: El Intel Core Nehalem Los Core i7 son los primeros procesadores que usan la microarquitectura Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia Intel Core 2.
  • 37. 2008: Los AMD Phenom II y Athlon II permitió aumentar la cantidad de cache L3. De hecho, ésta se incrementó de una manera generosa, pasando de los 2 MiB del Phenom original a 6 MiB.
  • 38. 2011: El Intel Core Sandy Bridge Intel lanzó sus procesadores que se conocen con el nombre en clave Sandy Bridge. Estos procesadores Intel Core que no tienen sustanciales cambios en arquitectura respecto a nehalem, pero si los necesarios para hacerlos más eficientes y rápidos que los modelos anteriores. Es la segunda generación de los Intel Core con nuevas instrucciones de 256 bits, duplicando el rendimiento, mejorando el desempeño en 3D y todo lo que se relacione con operación en multimedia.
  • 39. 2011: El AMD Fusion AMD Fusion es el nombre clave para un diseño futuro de microprocesadores Turion, producto de la fusión entre AMD y ATI, combinando con la ejecución general del procesador, el proceso de la geometría 3D y otras funciones de GPUs actuales.