Microprocesador
Que es un microprocesador?
Microchip más importante en una computadora, es considerado el cerebro de una computadora. Está constituido por millones de transistores integrados. Este dispositivo se ubica en un zócaloespecial en la placa madre y dispone de un sistema de enfriamiento (generalmente un ventilador).
Lógicamente funciona como la unidad central de procesos (CPU), que está constituida por registros, la unidad de control y la unidad aritmético-lógica. En el microprocesador se procesan todas las acciones de la computadora.
Su "velocidad" es medida por la cantidad de operaciones por segundo que puede realizar: lafrecuencia de reloj. La frecuencia de reloj se mide en MHz (megahertz) o gigahertz (GHz).
El primer microprocesador comercial fue el Intel 4004, presentado el 15 de noviembre de 1971. Actualmente las velocidad de procesamiento son miles de veces más grandes que los primeros microprocesadores. También comienzan a integrarse múltiples procesadores para ampliar la capacidad de procesamiento. Se estima que para 2010 vendrán integrados hasta 80 núcleos en un microprocesador, son llamados procesadores multi-core.
Arquitectura
El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. Consiguientemente, la historia de la computadora digital nos ayudará a entender el microprocesador. El microprocesador hizo posible la fabricación de potentes calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes:
§ El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base.
§ La memoria cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que predeciblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM reduciendo el tiempo de espera. Por ejemplo: en una biblioteca, en lugar de estar buscando cierto libro a través de un banco de ficheros de papel se utiliza la computadora, y gracias a la memoria cache, obtiene de manera rápida la información. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada cache interna de primer nivel o L1; es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Pentium III Coppermine, athlon Thunderbird, etc.) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande aunque algo menos rápida, la caché de segundo nivel o L2 e incluso memoria caché de nivel 3, o L3.
§ Coprocesador Matemático: o correctamente la FPU (Unidad de coma flotante). Que es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte esta considerada como una parte "lógica" junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
§ Los registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros esta diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
§ La memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las toma de ahí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de trabajo para el procesador.
§ Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es parecido a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un número de puerto que el procesador utiliza como un número de teléfono para llamar al circuito o a partes especiales.
Marcas y tipos de microprocesadores
En cuanto a los fabricantes, actualmente se encuentra procesadores de:
* INTEL: es la marca estándar.
* AMD
* CYRIX: fabrica procesadores para Texas, IBM y Thompson
* TEXAS INSTRUMENTS: son procesadores Cyrix con la marca Texas Instruments.
* IBM: son procesadores Cyrix con la marca IBM.
* THOMPSON: son procesadores Cyrix con la marca Thompson.
* NEXGEN: necesitan placas especiales al no ser compatibles a nivel de patillaje.
Generación de microprocesadores
8088 / 8086
En 1975 Intel decidió ponerse manos a la obra para construir su primer micro de 16 bits que salió al mercado en 1978. Se trataba del 8086, que definió el inicio de su gama deproductos más famosa, la familia de microprocesadores x86.
La longitud de los registros del 8086 era de 16 bits (de ahí su denominación de 16 bits), había versiones que funcionaban a 4.77 y 8 MHz, tenía un busde datos de 16 bits y un bus de direcciones de 20 bits, lo que le permitía acceder a un máximo de memoria de 1 Mb según el cálculo 2 elevado a 20. Seguidamente, en 1979, Intel sacó el 8088, que en contra de lo que podamos pensar no es mejor que el 8086. La diferencia era sustancial; el bus de datos era de 8 bits (la mitad). Este paso hacia atrás estuvo provocado por el estado de la industria de la época. Utilizar un bus de datos de 16 bits suponía forzar al mercado a desarrollar para 16 bits lo que implicaba un incremento en los costes de desarrollo de controladores de periféricos ymemorias. El síntoma fue que Intel se había adelantado a su época.
Los japoneses, aprovechando la ocasión y dando fe a su fama de copiones fabricaron unos clónicos de los 8086 y 8088. Fue NEC la que, porprocedimientos de ingeniería inversa, sacó el diseño de estos micros y creó sus modelos V20 y V30, que incrementaban el rendimiento respecto a los de Intel en un 10-30 por ciento. Como os podréis imaginar Intel demandó a NEC, pero perdió el juicio. La Justicia determinó que el microcódigo del chip podía registrarse pero Intel no había marcado en el chip el símbolo del copyright, con lo cual perdía los derechos de copia.
Se encuentra un error de diseño en el 8088 que afecta a la gestión de interrupciones y al registro de pila SS (Stack Segment).
Intel fabricó variaciones de estos modelos, sacando al mercado los 80C86, 80C88, 80186 y 80188 cuyas modificaciones fueron el ahorro de energía en las versiones C para suinstalación en portátiles, y el rediseño interno para la optimización en las versiones 1.
80286
En 1984 aparece el 80286 como base para una nueva generación de ordenadores de IBM, el IBM AT (Advanced Technology). Supone un nuevo salto tecnológico. Además de incrementar el bus de direcciones de 20 bits a 24, lo que permitía acceder hasta los 16 Mb de RAM, se incrementaba lavelocidad, llegando a ser hasta un 25 por ciento más rápidos que los 8086 y 8088 originales.
La novedad más importante que se introdujo fue la gestión de memoria virtual. La memoria virtual es una extensión de memoria en disco (o dispositivo de almacenamiento secundario) añadida a la memoria física instalada. Así, el 80286 es capaz de tratar hasta un total de 1 Gb, desglosado en 16 Mb de memoria física más 1008 Mb de memoria virtual. La memoria virtual solamente la utilizan los programas que están preparados para ello.
Aparece también un nuevo modo de operación del microprocesador. Aparte del modo real (el normal de operación) que direcciona hasta 1 Mb de memoria física y asegura la compatibilidad para aplicaciones diseñadas par los 8086/8088, se tiene el modo protegido que no es compatible con estosprogramas desarrollados para los micros antes mencionados. El modo protegido es el que permite acceder a los 1.008 Mb de memoria virtual.
El 80286 trabaja en su arranque en modo real. El cambio a modo protegido, lo que se conoce técnicamente como upshift, no es reversible (downshift), siendo necesario hacer un reset del microprocesador para volver al modo real; sin duda un gran fallo de diseño.
El 80286 se presentó con velocidades de reloj de 2, 8, 10, 12, 16 y 20 MHz.
80386 DX y SX
Introducido en 1985, el 80386 DX supera un nuevo escalón en el avance tecnológico en microprocesadores. Se incorpora una nueva ampliación y surge el número mágico, el 32. Los buses de datos y de direcciones se amplían hasta 32 líneas de datos, ocurriendo lo mismo con el tamaño de los registros. Esta ampliación supone un incremento en la memoria RAM física instalada. Puede direccionar 4 Gb de memoria física (DX significa Doubleword eXternal) y 64 Tb de memoria virtual, una cifra que en la actualidad está aún muy por encima de las posibilidades económicas de los usuarios (a ver quién instala 4.000 Megabytes de RAM, unos 20 millones de pesetas).
Arranca en modo real, al igual que el 80286, e incorpora un nuevo modo de operación: el modo real virtual del 8086, que permite tener varias sesiones 8086 trabajando simultáneamente simulando una especie de pseudomultitarea.
En los microprocesadores anteriores la gestión de memoria se realizaba en segmentos de 16 Kb. Con el 80286 este tamaño de los segmentos de la memoria se hacían muy pequeños y el programador tenía que trabajar más para adaptarse a una gran cantidad de segmentos. El 80386 permite ladefinición de segmentos de memoria de tamaño variable. Aparte, Intel corrigió la deficiencia del downshifting, pudiéndose realizar por software.
Otra de las innovaciones en la inclusión de una memoria cache interna en el chip destinada a almacenar instrucciones provenientes de memoria sin necesidad de que la unidad de ejecución intervenga. Intel comete un nuevo error en el diseño del micro que genera inexactitudes en el cálculo de 32 bits, que se presentan en los micros lanzados al mercado hastamayo del 1987. Los modelos corregidos van etiquetados con una doble sigma mayúscula o con el identificativo DX. Este error afectaba a las operaciones de multiplicación de 32 bits. Ocurría bajo las siguientes circunstancias:
· El coprocesador matemático 80387 está instalado y en uso.
· Debe ocurrir una operación de acceso directo a memoria (DMA).
Se detecta un segundo bug denominado POPAD bug. Su efecto es el vaciado del registro acumulador EAX cuando se ejecuta una instrucción de acceso a memoria inmediatamente después de la ejecución de la instrucción POPAD.
Aparecen variaciones que afectan al consumo de energía pensadas para portátiles, se trataba de los 80386SL (Slow Low power) y 80386SLC (Slow Low power Cache), que es propiedad de IBM aunque lo fabrique Intel. Las frecuencias de funcionamiento eran de 12, 20, 25 y 33 MHz.
El 80386SX (SX significa Simple word eXternal ) tiene las mismas características que el 80386DX, salvo que el bus de direcciones externo se reduce a 16 bits. Introducido en 1988 daba la potencia de un 80386 a precio de un 80286. Durante mucho tiempo se rumoreó que el P9 podría ser compatible con los zócalos 80286, pero al final no fue así. La razón es que el 80286 multiplexa todos sus buses para conseguir con menos líneas el mismoresultado (menor coste) El 80386SX sólo multiplexa el bus de direcciones. Las frecuencias de funcionamiento eran de 16, 20, 25 y 33 MHz.
80486DX 80486SX
El 80486DX salió al mercado en 1989. La estructura interna hablando en términos numéricos es igual a la de un 80386. El tamaño de los registros y de los buses son de 32 bits. Mantiene los tres modos de operación: real, protegido y real virtual. Las diferencias reales con los 80386DX son que tiene un flag más, un estado de excepción más, 2 bits más en la tabla de entrada de páginas, 6 instrucciones y los registros de control tienen una longitud de 9 bits.
Se realizan también cambios en la arquitectura interna. Se crea un mayor número de líneas hardware lo que implica un incremento en la velocidad. Se imponen reglas de diseño más estrictas, lo que supone un reducción del tamaño del chip. Al reducirse el tamaño se reduce también el consumo y consiguientemente la temperatura que alcanza el chip, con lo cual lo podemos hacer funcionar a un mayor número de ciclos de reloj, lo que supondrá la aparición de los Overdrives.
Se incluye un coprocesador matemático interno que dobla las prestaciones de un 80387 trabajando a la misma velocidad. Se logra un diseño mejor y la comunicación entre el chip principal y el coprocesador matemático es interna, lo que mejora la velocidad en las transferencias y unas sincronizaciones más estrechas.
La memoria cache (8 Kb) del microprocesador está dividida en 4 caches de 2 Kb cada una. Esto agiliza la ejecución de algunas aplicaciones. Si se asigna una memoria cache secundaria (L2) el rendimiento del micro puede aumentar hasta un 30 por ciento más.
El 80486SX es igual que un 80486DX, sólo que el coprocesador matemático está inhabilitado. El coprocesador matemático 80487SX es en realidad un 80486DX puro que desactiva por completo el 80486SX, sin que podamos retirarlo de la placa. Las velocidades a las que funcionan son de 25, 33, 40 y 50 MHz. Hay versión SL para portátiles.
80486DX2, 80486DX4, 80486SX2
Estos modelos de microprocesadores en realidad son iguales que sus hermanos menores. Internamente duplican la velocidad del reloj del sistema. Es igual que revolucionar el motor de un coche para que corra más. Las consecuencias son obvias: un sobrecalentamiento del micro con una reducción de potencia. Por este motivo se recomienda utilizar un método de disipación de calor para que el rendimiento no se vea reducido (laminillas disipadoras o ventiladores). Las velocidades a las que trabajan son: 50, 66, 75 y 100 (sólo para el DX4) MHz para los DX2 y 40 y 50 MHz para los SX2.
Los 80486 tampoco están libres del pecado original. En el 80486 cuando el coprocesador matemático detecta un error de limite del tamaño de segmento, algunas veces la CPUfalla al generar la excepción 13. Este error se genera bajo las siguientes condiciones:
· Segmento de datos de 64 Kb.
· Operandos de direccionamiento de 16 bits.
· Almacenar un valor de 8 bytes desde el coprocesador cuando la mitad está fuera de los limites del limite del segmento.
Un segundo bug aparece en el cálculo de la instrucción dedicada a calcular arcotangentes.
Overdrives
Intel comenzó una nueva política con la salida de los microprocesadores con la denominación Overdrive. Los Overdrive eran actualizaciones para los microprocesadores instalados en los sistemas que dispusieran de un segundo zócalo para tal propósito. En esta primera generación de Overdrives los chips disponían de un duplicador de frecuencia interno y tenían un pin más, el número 169. Este pin se encargaba de inhabilitar el 80486 instalado en la placa dejando como único micro funcionando el Overdrive. No era posible la retirada del micro anterior, puesto que el sistema dejaba de funcionar. La política de actualización era buena, lo que no era tan bueno era la trampa para los usuarios. Si se puede retirar el micro anterior se puede vender a usuarios que necesiten menos potencia, no siendo tan gravosa la inversión de más de 80.000 pesetas que costaban cuando salieron los primeros en 1991.
En la segunda generación de Overdrives se olvidó el pin 169, teniendo los 168 que los hacían compatibles con los zócalos de los 80486. En estos casos la actualización es sencillísima: quitar el que estaba y poner el nuevo en el mismo lugar.
La tercera generación de Overdrives trabaja con un consumo menor para reducir de este modo su alta temperatura. El voltaje se reduce a 3.3 voltios de los 5 que necesitaban los anteriores. Si vas a comprar un DX2 o DX4 fíjate bien qué voltaje utiliza vuestra placa. los Overdrives etiquetados como tal funcionan a 5V, los etiquetados directamente como DX4, sin disipador, funcionan a 3.3V.
La familia Pentium
La quinta generación de microprocesadores Intel tomó el nombre de Pentium. Aparecido en marzo de 1993 en frecuencias de trabajo de 60 y 66 MHz llega a ser cinco veces más potente que un 80486 a 33 MHz. Fabricados con un proceso BiCMOS de geometría de 8 micras y con una arquitectura superescalar, los microprocesadores Pentium se encuadran en un concepto RISC. Mientras que el 80386 y el 80486 tienen una unidad de ejecución, el Pentium tiene dos, pudiendo ejecutar dos instrucciones por ciclo de reloj con sus correspondientes cálculos, ya que también tiene dos unidades aritmético-lógicas (ALU). El 80386 (CISC) ejecuta un instrucción en varios ciclos de reloj y el 80486 ejecuta una instrucción por ciclo de reloj (en términos medios).
Intel toma como modelo la estructura separada para la memoria cache interna del microprocesador. Consta de dos bloques de 8 Kb, uno para las instrucciones y otro para los datos que funcionan bajo una estructura de asociación de conjuntosbidireccional. Para los extremadamente curiosos el algoritmo de sustitución de datos en la cache es el LRU (Least Recently Used, el menos utilizado recientemente).
El coprocesador matemático incluido utiliza algoritmos mejorados y añade instrucciones de suma, multiplicación y división de números en punto flotante integradas en el silicio, además de incorporar un pipeline de 8 niveles para lograr ejecutar operaciones en punto flotante en un solo ciclo de reloj.
Se integran nuevos avances tecnológicos, además de los ya comentados, como por ejemplo la predicción de ramificaciones, buses de datos internos de 256 bits, bus de datos externo de 64 bits (que soporta transferencias de 258 Kbytes por segundo) y memorias cache de escritura diferida.
La tecnología de bus PCI se presenta junto con el Pentium, que incorporaba una mejor implementación del bus local. Permite tener hasta 10conectores PCI en un primer nivel, conectados al procesador a través de la circuitería controladora PCI (conexión no directa).
Intel apunta ahora hacia el mercado del entorno cliente/servidor. Con el Pentium se puede construir un ordenador multiprocesador con 16 Pentium instalados, pudiendo actuar uno de ellos como agente supervisor del sistema para entornos que requieran un estricto control de errores (Functional Redundancy Checking ). Aunque esto sirvió de poco en un principio. Seguro que recordáis el famoso bug de Pentium. La nueva y mejorada unidad de punto flotante cometía un error garrafal al hacer una simple división. La siguiente función escrita para Visual Basic detecta si un Pentium genera un fallo de cálculo:
Function PentiumTest () As Double
Dim x As Double, y As Double, z As Double
x = 4195835#
y = 3145727#
z = x - (x / y) * y
PentiumTest = z
End Function
Recientemente han aparecido versiones del Pentium a 75, 90, 100 y 133 MHz, siendo el último, presentado el 23 de octubre, uno a 120 MHz diseñado especialmente para ordenadores portátiles.
Pentium Overdrive
¡Cómo no íbamos a disponer de una versión "light" del Pentium compatible pin a pin con nuestros microprocesadores 80486DX y DX2!
El 18 de septiembre de 1995 Intel anuncia la disponibilidad de un nuevo modelo procesador de mejora Pentium Overdrive a 83 MHz (además del modelo a 63 MHz que ya existía) que permite la actualización de los microprocesadores 80486 DX, DX2 y SX. Compatible pin a pin con estos microprocesadores en Pentium Overdrive integra la tecnología del Pentium en 3,3 voltios y 0'6 micras.
Aparte de ser como un Pentium genuino cabe destacar la presencia de una memoria cache de 32 Kb, un regulador de tensión para reducir la tensión de 5 a 3,3 voltios, disipador y ventilador integrado y una circuitería interna que incrementa en dos veces y media la frecuencia del bus del sistema (33 MHz * 2'5 = 82'5 MHz). El incremento medio en las prestaciones respecto a un 80486 a 66 MHz es de un 50 por ciento aunque en aplicaciones puntuales ( AutoCAD 13) puede ser de un 96 por ciento, lo que lo sitúa en las prestaciones de un Pentium genuino a 75 MHz. El precio de venta al público es de unas 40.000 pesetas más IVA.
Antes de comprarlo os recomiendo que llevéis el ordenador a la tienda para que sepan qué zócalo tiene para su actualización.
Pentium Pro
El Pentium Pro a 133 MHz, que fue presentado el día 3 de noviembre de 1995 en el hotel Ritz de Madrid es el primer microprocesador de la tercera generación de la gama Pentium. Está preparado específicamente para ejecutar aplicaciones compiladas y desarrolladas para 32 bits. Algunas aplicaciones desarrolladas para entornos de 16 bits tienen una reducción de rendimiento en su ejecución en sistemas basados en un Pentium Pro respecto a los Pentium normales a 133 MHz. Perfectamente compatible con sus hermanos menores incorpora nuevas mejoras, de las cuales destaca la ejecución dinámica, tema al que dedicaremos un apartadoespecial y la inclusión de una memoria cache secundaria integrada en el encapsulado del chip.
Fabricado en una geometría de 0'6 micras, Intel está realizando sus desarrollos con vistas a reducirla a 0'35 micras como la de los Pentium actuales a 133 MHz, lo que reducirá su temperatura y podrá elevarse la frecuencia de reloj hasta los 200 MHz.
Intel ha puesto mucho esfuerzo en probar el Pentium Pro para intentar salvarse de los numerosos bugs que manchan su gran prestigio. Intel nos ofreció participar en las pruebas de sus Pentium Pro, petición a la cual respondimos afirmativamente, pero al final, la drástica reducción de unidades nos hicieron quedar fuera de los elegidos (sólo se probaron 100 unidades que estarían más que asignadas de las más de 10.000 peticiones que recibió Intel a través de Internet).
El Pentium Pro no es compatible con las placas que existen en el mercado. El motivo principal es la inclusión de la memoria cache secundaria dentro del chip. Se utiliza un bus interno que está optimizado para trabajar con las temporizaciones de conexión directa, lo cual imposibilita la conexión de la memoria cache externa (a mi entender no tiene la suficiente justificación, puesto que a nivel de SETUP la memoria cache secundaria se puede desactivar e incluso anular retirando los integrados de sus zócalos. El tema de la sincronización ya es otro cantar y probablemente sea el motivo real).
Este nuevo producto tiene un bus que ha sido diseñado para conectar varios Pentium Pro en paralelo que soporta el protocolo MESI, es un microprocesador de 32 bits que incorpora una instrucción más (mover datos condicionalmente) que supone una mayor predicción de ramificaciones en la ejecución. Tiene 21 millones de transistores, 5'5 millones en el núcleo y 15'5 millones en la memoria cache secundaria. La CPU consta de dos chips colocados en cavidades independientes conectadas internamente. El chip correspondiente a la memoria cache es más pequeño que el del chip del núcleo, ya que la disposición de los transistores permite una mayor concentración.
velocidad de reloj del microprocesador
La velocidad de reloj sólo es útil para comparar entre microprocesadores de una misma familia de un mismo fabricante. Es decir que un determinado procesador de una determinada familia no puede ser comparado con otro procesador de otra familia, incluso aunque sean de un mismofabricante. Por ejemplo, puede ser que un procesador de 50 MHz emplee más eficientemente los ciclos por segundo que otro procesador con la misma frecuencia de reloj, esto haría que ciertas tareas en el primer procesador se ejecuten más rápidamente que en el segundo procesador. De todas maneras, existen otros múltiples factores que determinan la velocidad final de la computadora.
Para comparar distintos procesadores de distintas familias suelen usarse programas benchmarks.
Hace unos años, los fabricantes más importantes de microprocesadores (AMD e Intel) promocionaban la frecuencia de reloj para mostrar cuál era el procesador más rápido del mercado. Por supuesto que era sólo una campaña de marketing pues, como se dijo anteriormente, no es posible comparar dos microprocesadores de distintas familias y menos aún de distintos fabricantes. Por esta razón, desde el año 2000, AMD decidió dejar de lado lafrecuencia de reloj y promocionar sus microprocesadores empleando el número de modelo. Se justificaron en que la frecuencia de reloj de los procesadores AMD eran menores a los de Intel, pero no necesariamente significaba que su velocidad sea inferior. A partir del año 2004, Intel decidió hacer lo mismo.
Las frecuencias de reloj en la historia
La primera PC comercial, la Altair, usaba un microprocesador Intel 8080 con una frecuencia de reloj de 2 MHz. La IBM PC original de 1981 tenía una frecuencia de reloj de 4,77 MHz (4.770.000 ciclos por segundo).
Para 1995, las Pentium de Intel llegaban a 100 MHz, y en 2002, Intel introdujo el primer procesador en llegar a 3 GHz, el Pentium 4.
Velocidades de bus del microprocesador
Buses del procesador
Todos los procesadores poseen un bus principal o de sistema por el cual se envían y reciben todos los datos, instrucciones y direcciones desde los integrados del chipset o desde el resto de dispositivos. Como puente de conexión entre el procesador y el resto del sistema, define mucho del rendimiento del sistema, su velocidad se mide en bits por segundo.
Ese bus puede ser implementado de distintas maneras, con el uso de buses seriales o paralelos y con distintos tipos de señales eléctricas. La forma más antigua es el bus paralelo en el cual se definen líneas especializadas en datos, direcciones y para control.
En la arquitectura tradicional de Intel (usada hasta modelos recientes), ese bus se llama el Front Side Bus y es de tipo paralelo con 64 líneas de datos, 32 de direcciones además de múltiples líneas de control que permiten la transmisión de datos entre el procesador y el resto del sistema. Este esquema se ha utilizado desde el primer procesador de la historia, con mejoras en la señalización que le permite funcionar con relojes de 333 Mhz haciendo 4 transferencias por ciclo.4
En algunos procesadores de AMD y en el Intel Core i7 se han usado otros tipos para el bus principal de tipo serial. Entre estos se encuentra el bus HyperTransport de AMD, que maneja los datos en forma de paquetes usando una cantidad menor de líneas de comunicación, permitiendo frecuencias de funcionamiento más altas y en el caso de Intel, Quickpath
Los microprocesadores de Intel y de AMD (desde antes) poseen además un controlador de memoria DDR en el interior del encapsulado lo que hace necesario la implementación de buses de memoria del procesador hacia los módulos. Ese bus esta de acuerdo a los estándares DDR de JEDEC y consisten en líneas de bus paralelo, para datos, direcciones y control. Dependiendo de la cantidad de canales pueden existir de 1 a 4 buses de memoria.
velocidades de bus:
| PROCESADOR | Bus de direcciones | Bus de datos |
| 8086 | 20 | 16 |
| 8088 | 20 | 8 |
| 80186 | 20 | 16 |
| 80188 | 20 | 8 |
| 80286 | 24 | 16 |
| 80386 SX | 32 | 16 |
| 80386 DX | 32 | 32 |
| 80486 DX | 32 | 32 |
| 80486 SX | 32 | 32 |
| PENTIUM | 32 | 64 |
| PENTIUM PRO | 32 | 64 |
Microprocesadores para Pcs
Microprocesadores para PCs de escritosio
La Unidad Central de Procesamiento (CPU) o procesador del microchip principal, guarda la placa base controlando el ordenador. Funciona como cerebro de tu PC, haciéndola “pensar”. Los procesadores Intel Pentium 4 y AMD Athlon XP son dos de las principales opciones de CPU que hay para PC. Los vendedores de placas base a veces las catalogan por el tipo de enchufe con que se conectan: el enchufe 478 para la Intel P4 y el enchufe A para el Athlon. En muchas aplicaciones de negocios no notarás gran diferencia entre los sistemas que usan chips Athlon y P4.
Velocidad del procesador de la PC: la fuerza del procesador de la PC es medida en (MHz) o gigahertz (GHz) (1000MHz equivale a 1GHz). El número aparece antes o después del nombre del procesador, por ejemplo, Pentium 4 2.2GHz. El número más alto es el del procesador que más rápido ejecuta las instrucciones. Por ejemplo, los procesadores de 1GHz son más rápidos que los de 1MHz.
Nombre los procesadores de PC: Intel y AMD usan nombres convencionales diferentes para sus procesadores. Intel usa la velocidad del procesador mientras que AMD compara sus CPU a sus homologas de Intel. Un procesador Pentium 2.8 GHz es equivalente a un procesador AMD 2800+. A mayor número, mejor rendimiento.
Procesadores de PC Celeron & Pentium: Intel hace dos líneas de procesadores: Celeron y Pentium. Celeron es la alternativa económica de los procesadores Pentium. El menor precio es compensado por la velocidad algo menor.Hyperthreading (HT): Hyperthreading (HT) es una tecnología Intel que deja los procesadores en un rango de trabajo de 3GHz y más, en dos hileras de información separadas al mismo tiempo. Para notar un incremento en el funcionamiento, tu software deberá estar optimizado para HT. Dentro de pocos años, habrá más software desarrollado para esta tecnología.
Doble Procesador: algunos ordenadores contienen dos procesadores que pueden alternarse en el procesamiento de la información. Sólo veras un mejor funcionamiento si el software está optimizado para el doble procesador
Los juegos, la imagen digital y las aplicaciones de Internet son las más demandantes para con el CPU. El software de productividad, como los procesadores de palabras o software para la contabilidad del hogar, no requiere un procesador con tanta potencia. Compra un procesador para PC pensando en el uso que le vas a dar.
Procesadores de PC de escritorio para usuarios hogareños: Celeron de 800MHz o más rápidos, procesadores Pentium o su equivalente AMD.
Procesadores de PC de escritorio para trabajo de oficina y hogar: procesador Pentium 4 de 800MHz o más rápido o su equivalente AMD.
Procesadores de PC de escritorio para Juegos: procesadores Pentium 4 de 3GHz con Hyperthreading o su equivalente Athlon 64 AMD o Athlon XP.
Procesadores de PC Multimedia: procesadores Pentium 4 de 3GHz o más grandes o su equivalente AMD.
El reloj de velocidad puede servir como elemento preciso de comparación de la velocidad relativa de la PC, siempre y cuando estés comparando el mismo modelo de procesador.
Microprocesadores para PCs portátiles
A día de hoy, diciembre del 2009, comprar un ordenador no es tarea fácil, sobre todo a la hora de decidirse por los componentes. Hay algunos que no tienen mucha dificultad: Disco duro, memoria RAM, junto con la capacidad y la velocidad de transferencia, no hay mucho que elegir.
Diferente es con los microprocesadores: Cada vez hay más y más en el mercado para llenar todos los nichos del mercado: Desde bajo coste y bajas prestaciones hasta alto coste y mayores prestaciones.
- Intel Atom 270: Son los micros de bajo coste y bajo rendimiento de Intel, utilizados en los Netbook, pequeños portátiles aptos para aplicaciones domésticas y ofimática, que se pueden encontrar en las tiendas por precios inferiores a los 300 �.
- El Intel Atom 280 es similar al 270 tan sólo que con mejores prestaciones al tener una velocidad de reloj un poco superior.
- Celeron: Es una antigua familia de microprocesadores que se vienen fabricando desde el 1998, aunque poco tienen que ver los actuales con aquellos. Basados en la microarquitectura Intel Core. Está disponible en versión de un núcleo y de dos núcleos y tiene menor caché L2 que sus hermanos mayores. (Los T3xx y los T1xx tienen dos núcleos)
- Dual Core, Intel los llama también sencillamente como “Pentium”, tienen un rendimiento por ciclo de reloj superior a los Celeron, pero inferior a los Core 2. La familia T4xxx tiene 2 núcleos y 1 MB de caché L2, y la SU4xxx 2 núcleos y 2 MB de caché a parte de tener un voltaje de funcionamiento menor.
- Core 2 Solo, están diseñados exclusivamente para aplicaciones portátiles con una baja disipación de potencia. Tiene un sólo núcleo y 3 MB de caché L2.
- Core 2 Duo, a día de hoy son los micros más potentes en el mercado para portátiles, (por lo menos mientras no lleguen los i7 a los portátiles). Todos tienen dos núcleos y caché L2 que varía entre 2 MB y 6 MB. Los más frecuentes que se montan ahora pertenecen a la familia T6xxx, T7xxx y T8xxx. El primer dígito 6, 7 y 8 indica la caché L2: 2, 3 ó 6 MB, mientras que el segundo dígito indica la velocidad del propio micro. La familia E8xxx es específica para los iMac. También hay algunas familias con núcleos más antiguos que utilizan la nomenclatura T5xxx, basados en un núcleo más antiguo (Meron vs. Penryn)
En cuanto a AMD:
- AMD Turion X2, AMD es el patito feo de los microprocesadores, siempre relegado al segundo puesto, si bien sus microprocesadores son también muy buenos. Tuvieron su época de gloria cuando el micro Athlon era mejor que sus rivales de Intel, ahora parecen ocupar una discreta segunda plaza y sus micros no son fáciles de encontrar. Los Turion son la versión de bajo consumo orientado a los portátiles del Athlon 64 X2
- Mi micro actual (Pentium 4 @ 2,53 Ghz y 512 kB de L2): 5,32 GIPS y 4,55 GFLOPS
- Intel Core 2 Duo E6300 (1,86 Ghz y 2 MB L2): 15,84 GIPS y 12 GFLOPS
- Intel Core 2 Duo E4300 (1,8 Ghz y 2 MB L2): 15,27 GIPS y 11,5 GFLOPS
- Intel Core 2 Duo E6700 (2,66 Ghz y 4 MB L2): 22,63 GIPS y 17,13 GFLOPS
- Intel Core 2 Duo X6800 (2,93 Ghz y 4 MB L2): 24,88 GIPS y 18,84 GFLOPS
- Intel Core 2 Duo E8500 (3,17 Ghz y 6 MB L2): 24,7 GIPS y 23,13 GFLOPS
- AMD Athlon 64 X2 5050e (2,6 Ghz y 2×1MB L2): 16,16 GIPS y 15,48 GFLOPS
- Intel Core i7 (4 núcleos, 3,6 Ghz 4×256 kB L2, 8 MB L3): 90,88 GIPS y 81,15
Microprocesadores para servidores
Mientras ayer hablábamos sobre los nuevos Opteron de AMD, también Intel ha ofrecido novedades en sus microprocesadores para servidores, presentando losnuevos Intel Xeon Tulsa.
Los Tulsa son la nueva gama de microprocesadores Xeon, de cuatro núcleos y con arquitectura x86 que entran a sustituir a los Xeon Woodcrest, microprocesadores de dóble núcleo y presentados en enero por Intel. Los Tulsa tienen además una caché L2 de 1 MB y una L3 de 16 MB entre dos de sus núcleos. El consumo varía entre los 95 y los 150 W y el modelo más alto “correrá” a 3.4 GHz.
Se espera estén disponibles en el mercado en este último cuarto del año, eso si, por precios más que prohibitivos para el usuario doméstico.
Encapsulado de un microprocesador
La comunicación de un microprocesador con el exterior, esto es, con la memoria principal y con las unidades de control de los periféricos, se realiza mediante señales de información y señales de control que son enviadas a través del patillaje del microprocesador. Posteriormente, estas señales viajarán por el bus del sistema que comunica al procesador con los demás componentes situados en la placa base, pasando a continuación al bus de E/S hasta llegar al periférico correspondiente. El número y tamaño de las patillas ha ido variando con el tiempo según las necesidades y las tecnologías utilizadas.
Para comunicarse con el resto del sistema informático el procesador utiliza las líneas de comunicación a través de sus patillas (pines). Se define como encapsulado la forma en que se empaqueta la oblea de silicio para efectuar su conexión con el sistema.
Encapsulados más importantes:
PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier).
Refrigeración para un microprocesador
| La temperatura puede hacer que un dispositivo sea inestable, es decir, que cometa errores en el procesamiento de datos. Por ejemplo, en tiempos de los 386 y 486, con un disipador pequeño ya era suficiente puesto que la temperatura no era excesiva. Pero hoy en dia, debido a los millones de transistores que hay en el interior de un micro y la velocidad a la que trabajan, hacen que se calienten en gran medida, lo que obliga a buscar otros medios más eficaces de refrigeración. Son varios los métodos o dispositivos que podemos usar para evitar este exceso de temperatura. --Los procesadores modernos vienen provistos de un disipador sobre el que va montado un ventilador. Un disipador es un objeto de superficie metálica con curvaturas sucesivas para aumentar la superficie de la misma. La idea consiste en que el disipador absorba el calor del micro para que seguidamente pase al aire.  De ahí que el disipador tenga curvaturas o crestas sucesivas, para que la superficie del disipador en contacto con el aire sea mayor. El ventilador colocado sobre el disipador ayudará en la tarea de extraer el aire caliente de las ranuras del disipador. Nota: Observa las imágenes de los disipadores. El segundo es el mejor al poder circular el aire en más direcciones que en el primero al tener las crestas discontinuas.  Pero con esto sólo hemos solucionado parte del problema puesto que el aire caliente aún sigue en el interior de la carcasa del equipo. Debemos extraer el aire caliente almacenado en el interior. Para ello partimos de la teoría de que el aire caliente tiende a subir y el frío a bajar. De esta forma habrá una mayor acumulación de aire caliente en la parte superior, por lo que lo ideal sería la colocación de un ventilador extractor en la parte superior.  Como es lógico, la parte fría estará en contacto con el micro, mientras que el calor de la parte caliente tendrá que ser disipado nuevamente de alguna manera. Otro disipador es lo habitual, pero no cualquiera. Observa la proporción:  La refrigeración líquida es otro sistema alternativo y consiste en una bomba que mantiene el líquido en constante circulación. El agua pasará fría por el micro enfriándolo mediante una pieza llamada waterblock.  El líquido caliente del micro pasa por un radiador que es enfriado por medio de uno o varios ventiladores. El líquido, ya frío, vuelve a la bomba para iniciar el proceso nuevamente. En algun punto del circuito encontraremos unas válvulas que nos permitirán rellenar, sangrar o vaciar el líquido de manera fácil y sin escapes. Lo más seguro que esten situadas entre el radiador y la bomba de manera que saquemos el líquido frío.  La temperatura puede hacer que un dispositivo sea inestable, es decir, que cometa errores en el procesamiento de datos. Por ejemplo, en tiempos de los 386 y 486, con un disipador pequeño ya era suficiente puesto que la temperatura no era excesiva. Pero hoy en dia, debido a los millones de transistores que hay en el interior de un micro y la velocidad a la que trabajan, hacen que se calienten en gran medida, lo que obliga a buscar otros medios más eficaces de refrigeración. Son varios los métodos o dispositivos que podemos usar para evitar este exceso de temperatura. --Los procesadores modernos vienen provistos de un disipador sobre el que va montado un ventilador. Un disipador es un objeto de superficie metálica con curvaturas sucesivas para aumentar la superficie de la misma. La idea consiste en que el disipador absorba el calor del micro para que seguidamente pase al aire. 
Partes del microprocesador Unidad de control:La unidad de control (UC) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la Unidad de proceso y el bus de entrada/salida. Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas (interpretación) y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso. Existen dos tipos de unidades de control, las cableadas, usadas generalmente en máquinas sencillas, y las microprogramadas, propias de máquinas más complejas. En el primer caso, los componentes principales son el circuito de lógica secuencial, el de control de estado, el de lógica combinacional y el de emisión de reconocimiento de señales de control. En el segundo caso, la microprogramación de la unidad de control se encuentra almacenada en una micromemoria, a la cual se accede de manera secuencial para posteriormente ir ejecutando cada una de las microinstrucciones. En computadoras, la unidad de control fue históricamente definida como una parte distinta del modelo de referencia de 1946 de la Arquitectura de von Neumann. En diseños modernos de computadores, la unidad de control es típicamente una parte interna del CPU Unidad de calculo: En computación, la unidad aritmético lógica, también conocida como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), es uncircuito digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números. Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el pitido del temporizador, etc. Por mucho, los más complejos circuitos electrónicos son los que están construidos dentro de los chips de microprocesadoresmodernos. Por lo tanto, estos procesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo y potente. De hecho, un microprocesador moderno (y los mainframes) pueden tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cada una de ellas con múltiples ALU. Muchos otros circuitos pueden contener en el interior una unidad aritmético lógica: unidades de procesamiento gráfico como las que están en las GPU NVIDIA y AMD, FPU como el viejo coprocesador matemático 80387, y procesadores digitales de señalescomo los que se encuentran en tarjetas de sonido Sound Blaster, lectoras de CD y los televisores de alta definición. Todos éstos tienen en su interior varias ALU potentes y complejas. Unidad de intercambio : Esta unidad tiene por objetos adaptar el formato de datos. La velocidad de opreaciones y el tipo de señales entre procesador y los perifericos. Tambien establece el camino de entrada y salida de lso datos y realiza ciertyas funciones de control sobre los perifericos. por tanto. Esta unidad es la que comunica al procesador con el mundo exterior. Las muy diversas posibilidades de configuraciones de perifericos, los diferentes requerimientos de entrada y salida según la aplicación particular, y las notables diferencias entre las velicidades de trabajo del procesador y los perifericos. Hacen que la unidad de intercambio difiera muchos de unos sistemas a otros. Basicamente, la unidades de entrada son multlplexores debidamente direccionadas por el bus de direcciones con entradas del exterior y salidas hacia el bus de entradas/salidas mandado por el bus de control, y las unidades de salida son registros direccionables por el bus de direcciones con entrada procedente del bus entradas/salidas mandado todo por el bus de control con salidas hacia el exterior . Estas entradas y salidas son en paralelo, o sea, la informacion que entra o sale esta agrpada en palbras de la longitud usada en el procesador correspondiente. Buses de datos Bus paraleloEs un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. En los computadores ha sido usado de manera intensiva, desde el bus del procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo, hasta las impresoras.  Diagrama de un Bus Backplane como extensión del bus de procesador. El Front Side Bus de los procesadores Intel es un bus de este tipo y como cualquier bus presenta unas funciones en líneas dedicadas: § Las Líneas de Dirección son las encargadas de indicar la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer comunicación. § Las Líneas de Control son las encargadas de enviar señales de arbitraje entre los dispositivos. Entre las más importantes están las líneas de interrupción, DMA y los indicadores de estado. § Las Líneas de Datos trasmiten los bits de forma aleatoria de manera que por lo general un bus tiene un ancho que es potencia de 2. Unidades de Entrada y Salida: Unidades de entrada: Son los elementos que permiten incluir datos al sistema.Ejemplos: teclado, mouse (ratón). joystic, etc. Unidades de salida: Son elementos que a diferencia de las unidades de entrada, envían al exterior del sistema información. Ejemplo: Monitor (pantalla), impresora, parlantes, etc. ___________________________________________ Tecnologías futuras (microprocesador) La tecnología de los microprocesadores y de la fabricación de circuitos integrados está cambiando rápidamente. En la actualidad, los microprocesadores más complejos contienen unos 10 millones de transistores. Se prevé que en el 2000 los microprocesadores avanzados contengan más de 50 millones de transistores, y unos 800 millones en el 2010. Las técnicas de litografía también tendrán que ser mejoradas. En el año 2000, el tamaño mínimo de los elementos de circuito será inferior a 0,2 micras. Con esas dimensiones, es probable que incluso la luz ultravioleta de baja longitud de onda no alcance la resolución necesaria. Otras posibilidades alternativas son el uso de hacesmuy estrechos de electrones e iones o la sustitución de la litografía óptica por litografía que emplee rayos X de longitud de onda extremadamente corta. Mediante estas tecnologías, las velocidades de reloj podrían superar los 1.000 MHz en el 2010. Se cree que el factor limitante en la potencia de los microprocesadores acabará siendo el comportamiento de los propios electrones al circular por los transistores. Cuando las dimensiones se hacen muy bajas, los efectos cuánticos debidos a la naturaleza ondulatoria de los electrones podrían dominar el comportamiento de los transistores y circuitos. Puede que sean necesarios nuevos dispositivos y diseños de circuitos a medida que los microprocesadores se aproximan a dimensiones atómicas. Para producir las generaciones futuras de microchips se necesitarán técnicas como laepitaxia por haz molecular, en la que los semiconductores se depositan átomo a átomo en una cámara de vacío ultraelevado, o la microscopía de barrido de efecto túnel, que permitever e incluso desplazar átomos individuales con precisión. |
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