El microprocesador es el cerebro del
ordenador. Se encarga de realizar todas las operaciones de cálculo y de
controlar lo que pasa en el ordenador recibiendo información y dando órdenes
para que los demás elementos trabajen. Es el eje del equipo y, a diferencia de
otros jefes, es el que más trabaja.
Los Microprocesadores
Recibe El Nombre de CPU o UCP. Es
la parte que gobierna el funcionamiento del PC. Se divide en dos apartados:
- La UC, (Unidad de control)
- La ALU, (Unidad
aritmético-lógica)
La UC gobierna todos los procesos
y La ALU se encarga de todas las operaciones y cálculos.
La Unidad De Control: Su función
es dirigir y coordinar todas las operaciones que tienen lugar entre las
distintas unidades del sistema.
Para llevarlo a cabo,
realiza las siguientes operaciones:
Interpreta el contenido de las posiciones de
memoria, ya sean memorias RAM o ROM.
Ordena a cada elemento del sistema, la ejecución individual
de las instrucciones surgidas.
Atiende y decide sobre las interrupciones que le
van a producir los elementos del sistema durante la ejecución de sus tareas.
La Unidad Aritmético-Lógica: Se
encarga dentro de la unidad central de realizar dos tipos de operaciones:
Operaciones Aritméticas. (Sumas, restas...)Operaciones Lógicas. (Comparación,
complementos...)
Tipos De Microprocesadores
Aparece en 1971 gracias a tres
ingenieros: Robert Noyce, Gordon Moore y Andrew Grove. Su Bus de datos era de 4
bits, un bus de direcciones multiplexado de 12 bits que gestionaba hasta 45
bytes y un set de instrucciones de 45. Estaba formado por 2300 transistores e
integraba unas 1000 puertas lógicas, implementado todo en 24mm2 con tecnología
PMOS y su formato era DIP (Dual Inline Package) cerámico de 16 pines. Su
velocidad de proceso era de 60000 operaciones por segundo a una frecuencia de
trabajo de 108 KHz.
Es otro desarrollo de INTEL.
Aparece en 1972 bajo un formato DIP de 24 pines. Usaba tecnología PMOS, 4 bits
de bus de datos y 12 bits para manejar un bus de direcciones multiplexado.
Aparece en abril de 1972 con una
velocidad de proceso de 300KHz. Disponía de un bus de 8 bits y un bus de
direccionamiento de memoria multiplexado capaz de manejar 16KB, formado por 14
bits. Su Formato era DIP cerámico de 18 pines con tecnología PMOS, integrando
3300 transistores. Su set de instrucciones era de 66. Los Homónimos del 8008 de
INTEL fueron el 6800 de MOTOROLA, el 6502 de MOS TECHNOLOGY y el difundido Z80
de ZILOG.
Fue el primer microprocesador de
16 bits desarrollado por INTEL en el año 1978. Se trata de un integrado de 20
pines con una estructura de direcciones de memoria de 20 bits, lo que le
permitía direccionar hasta 1 MB. Alcanzaba una velocidad de 4,77MHz y llego a
un máximo de 10MHz. Este micro sentó las bases de lo que sería el desarrollo de
los microprocesadores.
Aparece a instancias de IBM en el
año 1981 como sucesor del 8086, integrado en ordenadores con capacidades de
memoria de 16KB. Internamente trabajaba con un bus de datos de 16 bits, aunque,
externamente, lo hace a 8 bits. Su bus de direcciones, al igual que el 8086 era
de 20 bits, lo que conseguía un área de direccionable de memoria de 220=
1.048.576 bytes= 1MB. Con una velocidad de trabajo de 8 MHz, se llegaron a
alcanzar los 12 MHz. Este micro trabajaba en lo que se denominaba modo normal o
modo real, al igual que el 8086.
En el año 1982 nace el 286 o
primer microprocesador para ordenadores AT aunque no ve la luz hasta 1984 con
distintos formatos en encapsulado PGA.
Algunos estaban soldados a la
placa base, otros se colocaban sobre un zócalo. Aparece un competidor serio de
INTEL: AMD.
El 80286 dispone de un SET de
instrucciones más amplio que los micros anteriores, disponiendo de un bus de
datos de 16 bits y un bus de direcciones de 24 bits. Esto conseguía que la
memoria pudiese direccionar hasta 224= 16.777.216 bytes= 16MB. La velocidad
evoluciono desde los primeros AT-02 y AT-03 de 6 y 8 MHz respectivamente hasta
los 12, 16 y 20MHz. Incorporaba un nuevo modo de trabajo: el modo protegido.
Este sistema consistiría en la posibilidad de poder trabajar en multitarea o,
lo que es lo mismo, aplicar pequeñas particiones de tiempo a diferentes
trabajos que se ejecutan de forma alternativa gestionando hasta 16MB de RAM;
también permitía el modo real, emulando varios 8086 con 1024 KB de memoria. El
80286 se popularizo gracias a su implementación en las maquinas 5170 AT de IBM.
Aparece el 386DX con arquitectura
tanto interna como externa de 32 bits. Fue el primero en incluir posibilidades
de gráficos en color de alta resolución así como sonido. Este micro,
dependiendo del fabricante, trabaja entre 16 y 40MHz. Su formato también
variaba según el fabricante, un 386sx INTEL de 100 pines a un 386DX AMD de 132.
El 386DX era capaz de direccionar hasta 232= 4.294.967.296 bytes = 4Gb de
memoria, pero tenía el serio inconveniente del precio. El 386sx aparece como
respuesta al alto precio del 386 ``puro'' o DX. Se diferencia por trabajar solo
con 16 bits de datos externo y un bus de direcciones de 24bits, además de tener
un rango de frecuencia de trabajo de 16 hasta 25 MHz. Existe un modelo de 386
con mayor escala de integración que es el 386SL utilizado en ordenadores
portátiles. Este microprocesador permitía un nuevo modo de funcionamiento: el
modo virtual.
En 1989 aparecen los i486DX. El
motivo del cambio de nomenclatura se debe a la oficina de patentes de EE.UU.
dicha oficina no reconoce tres dígitos como marca registrada, lo que le
favorece a la competencia de empresas como CYRIX o AMD que pueden llamar a sus productos
con el mismo nombre que INTEL.
Se trata de un microprocesador
que incorpora la propia CPU, además de un coprocesador matemático, un
controlador de memoria de caché de 128bits y dos memorias caché de 4KB cada
una, que trabajan como búfer intermedio entre la memoria principal y el micro,
trabajando tanto de forma externa como interna con una estructura de 32bits.
Tiene una alta integración y rendimiento, no era cierto el comentario que
afirmaba que un 386DX con coprocesador matemático ofrecía el mismo rendimiento
que un 486DX.
Los distintos modelos que se
encuentran en el mercado son SX, DX, SLC, DLC, DX2, Y DX4 con velocidades
comprendidas entre 25 y 133 MHz. Los micros DX2 Y DX4 lo que hacen es
multiplexar la frecuencia por lo que la velocidad interna del micro es distinta
a la externa. Los homónimos del DX y SX en portátiles son el DLC y el SLC, de
mayor escala de integración aunque menor rendimiento.
El Pentium (o ``586''), de unos
6,4 cm2 aproximadamente, presentó graves problemas en sus inicios debido a un
error de fabricación en su modelo a 60 MHz. En el año 1994 se detectaron
PENTIUM defectuosos. Este error era provocado, bajo determinadas
circunstancias, al realizar una operación de coma flotante y se detectaba en el
BIT 13 de la mantisa. Estos errores aparecían con las funciones: FDIV, FDIVR,
FPTAN, FPATAN, FPREM y FPREM1 tanto en simple, doble o precisión extendida.
INTEL dispuso un `` chequeo
oficial ''.
Posteriormente aparecieron
distintos modelos que duplicaban la velocidad del bus, trabajando a 75, 90,
100, 120, 133, 150, 166, 180 y 200 MHz que funcionaban perfectamente. Una de
las novedades que incorpora es el trabajar a partir del P/66 a 3,3v de
alimentación en lugar de con 5v. Esta novedad ya fue implementada por su
competidor AMD en el modelo 486 DX2 Y DX4. La cache utilizada es de 16KB. En
AMD, el PENTIUM recibe el nombre de K.5 y en CYRIX, el de 6x86.
Funcionamiento de un PENTIUM
La RAM envía datos o
instrucciones codificadas a la BIU (o unidad de interfaz con el BUS) en
``Ráfagas'' de 64bits. Estos datos son enviados por dos rutas cada una de las
memorias caché de que dispone el micro. En una se almacenaran los datos y en la
otra las instrucciones que indican que debe hacerse con esos datos.
Existe una zona llamada Unidad de
predicción de bifurcaciones. Esta unidad se encargara de inspeccionar las dos
ALUs que tiene el microprocesador para determinar cuál será la encargada de
gestionar las nuevas instrucciones. Es unidad asegura el rendimiento optimo del
microprocesador, evitando que una ALU este ``sin trabajar'' mientras existan
instrucciones que procesar.
Una nueva memoria, llamada búfer
del ``prefetch'' recupera los códigos de instrucciones y los convierte a un
``lenguaje'' que la ALU seleccionada pueda ``entender''. En caso de precisar
realizar operaciones con números decimales (llamados ``de coma flotante'') se
usara el procesador interno especializado para tal fin.
A partir de este momento, cada
ALU procesara las instrucciones que le correspondan de manera independiente,
recogiendo los datos que le sean precisos desde las caché de datos (registros)
y las instrucciones desde cada decodificador de instrucciones. Superaran los 32
bits. Una vez finalizado el proceso, las dos ALUs, así como el procesador de
coma flotante, ``entregaran'' sus resultados a la caché de datos, desde donde
serán reenviados a la memoria RAM.
Microprocesador PENTIUM PRO
El Pentium PRO (microprocesador
incluido en lo que INTEL ha llamado la familia P6) es otro de los
microprocesadores que INTEL ha orientado a aplicaciones y sistemas operativos
de 32bits. Implementado con 5,5 millones de transistores, es muy diferente de
los PENTIUM convencionales. Al igual que el PENTIUM convencional, dispone de 8
KB de memoria caché interna para datos y otros 8 KB para instrucciones, pero en
el caso de PENTIUM PRO la memoria caché es de nivel 2 (L2) en lugar de nivel 1
(L1) usado por el PENTIUM convencional. Se pueden encontrar versiones de
PENTIUM PRO con 256 KB y 512 KB de memoria L2 asociativo de cuatro vías.
Trabajando a 32bits, el PENTIUM
PRO ofrece prácticamente el doble de velocidad para una misma frecuencia que un
PENTIUM convencional. En caso de trabajar con un sistema operativo de 16 bits,
las diferencias en prestaciones son mínimas.
Microprocesador PENTIUM MMX
El PENTIUM MMX o P55C es otro
micro de INTEL con la innovación de la tecnología MMX. Este microprocesador
maneja 257 instrucciones. Estas nuevas instrucciones están orientadas a los
multimedia y se define como el cambio más radical desde el 386 aparecido en
1985. Otra novedad de este tipo de microprocesadores es referente al consumo de
corriente. No todo el micro trabaja a la misma tensión de alimentación, sino
que usa un voltaje dual. Aunque dicha tensión se determina de forma específica
en cada micro, es habitual que los valores oscilen en torno a 2,8v para el
núcleo del microprocesador y 3,3v para el sistema de operaciones de
entrada/salida.
Los modelos aparecidos en el
mercado funcionaron a 166, 200 y 233 MHz, aunque existieron versiones a 133 MHz
para ordenadores portátiles.
Una pega de los microprocesadores
MMX es que mientras se está usando este set de instrucciones multimedia, no
puede trabajar el coprocesador matemático. Dispone de la doble de cache: es
decir, 16KB para datos y 16 para instrucciones, por lo que la mejora está
asegurada.
Microprocesador PENTIUM II
El Pentium II consigue aunar la
potencia del Pentium pro con las ventajas multimedia del Pentium mmx. Diseñado
para 233, 266, 300 MHz dispone de una memoria cache interna de 512 KB. Otra
novedad incluida es el tipo de zócalo que Intel lanza como nuevo estándar para
su microprocesador: El SEC (Single Edge Connect).
Cabe destacar que la memoria
cache integrada ya no va integrada en el propio microprocesador. En el caso del
Pentium II, la memoria cache de segundo nivel va en el circuito impreso que
sirve de soporte para el microprocesador.
El nuevo diseño externo del
Pentium (similar al cartucho de una consola de juegos) tienes dos funciones
primordiales:
Aislamiento que permite
apantallar el microprocesador de los demás componentes y viceversa: impedir que
el resto de los componentes interfieran sobre el correcto funcionamiento del
microprocesador.
2. Soporte del disipador
ventilador que, dadas las condiciones de refrigeración necesarias en el
microprocesador, debe ser voluminoso.
Al igual que otros productos
INTEL este microprocesador viene precedido de errores de diseño: unos días más
tarde del lanzamiento del Pentium II, se observo un error. Se trata de un error
relacionado con la unidad de coma flotante. En concreto afecta a la conversión
de números en coma flotante a enteros. Este error afectaba también a
microprocesadores Pentium Pro.
De cara a enviar pasados
enfrentamientos, INTEL firmo con la empresa NATIONAL SEMICONDUCTORS (fabricante
de los microprocesadores CYRIX) un convenio por el que le permite desarrollar
sus propios micros basándose en la tecnología del Pentium II. Este proceso se
basa en la denominada ``ingeniería inversa'', mediante la cual INTEL se guarda
sus secretos de desarrollo y únicamente proporciona a CIRYX una base a partir
de la cual trabajar.
Microprocesador PENTIUM CELERON
Aunque no sea la idea con la que
INTEL pretende vender este producto, el Pentium Celeron se puede entender como
el Pentium II ``Sx''. Se trata de un microprocesador de ``batalla'', inferior
al Pentium II pero con un mejor precio. Esto consiguió que perdurase más tiempo
que el propio Pentium II, siendo la punta de lanza de la compañía INTEL hasta
la aparición del Pentium III.
Este micro apareció bajo dos
encapsulados diferentes: el SEPP y el PPGA. El primero fue el más común,
recordando al típico formato del Pentium II.
Aunque también estaba optimizado
para trabajar con aplicaciones de 32bits, la critica a este microprocesador
venia por la ausencia de memoria cache L2. Esto afectaba a toda la gama
comprendida entre los 266 y 300MHz; el resto incluían una L2 de 128KB sincronía
con la velocidad del microprocesador. En cuanto a caché de primero nivel, todos
los modelos disponen de 32KB, repartidos en igual capacidad de datos e
instrucciones.
Implementados con 7,5 millones de
transistores hasta los modelos de 300MHz y con 9,1 millones el resto, estos micros
heredan las instrucciones MMX y siguen manteniendo una comunicación con el bus
de 66MHz.
Microprocesador PENTIUM III
El PENTIUM III es la sucesión
dentro de la factoría INTEL del PENTIUM II. Clasificado dentro de la familia P6
y con las características propias de la misma como el rendimiento en ejecución dinámica
o un bus de sistema multitransaccional, funciona con un bus externo de 100 MHz.
Hereda la tecnología MMX además
de 70 nuevas instrucciones orientadas al manejo de gráficos 3-D, video, audio. También
se contemplan otras tecnologías multimedia como el reconocimiento de voz o la
tecnología denominada SIMD.
Debe tenerse en cuenta que admitió
frecuencias de trabajo vertiginosas en su tiempo de 450, 500 y 550MHz
funcionando con un Chipset 440BX. Incluye, además, 512 KB de memoria cache de
segundo nivel. Incluye 8 nuevos registros de 128 bits, además de los 8
registros FP ya existentes de 64 bits, donde cada registro soporta 4 valores de
coma flotante de simple precisión IEEE.
INTEL incluyo una novedad: cada
microprocesador era numerado de forma única, con lo que desaparecía el
anonimato del usuario. Si bien esta identificación es camufable, esta novedad
no fue del agrado de muchos usuarios, especialmente los internautas.
Las importantes mejoras en gráficos
3D con mas polígonos y efectos complementan la animación así como el
tratamiento de imágenes. Este tratamiento dispone de algoritmos optimizados que
permiten manejar imágenes más grandes y complejas en menos tiempo. En cuanto al
video, lo más destacable es, sin duda, la posibilidad de edición y codificación
de ficheros en formato comprimido MPEG 2 en tiempo real junto al resto de
características heredadas del tratamiento de imágenes. Esto consigue una
reproducción de video mas ``real'' sin cortes entre imágenes.
El conjunto de prestaciones se
complementa con el reconocimiento de voz que es una de las características más
atractivas. Para dar soporte al manejo de voz promovido por MICROSOFT con su
nuevo Windows 2000, INTEL ha creado la plataforma idónea dando mayor precisión
y efectividad a las aplicaciones reconocimiento.
Desde la aparición del PENTIUM
convencional pasando por el PENTIUM II, III e incluso el XEON, no ha habido
nada nuevo, si no que más bien se ha tratado de transformaciones sobre una
misma base.
El Merced ve la luz y desde
noviembre de 1999 se produce en pequeñas cantidades aun hasta mitad del 2000,
fecha en el que el proceso de producción explotara el producto bajo el nombre
comercial de ITANIUM.
Como siempre, AMD sigue la pista
de cerca del gran gigante y, casi de forma paralela, ha anunciado su réplica al
ITANIUM: el SLEDGEHAMMER. Ambos micros tienen una característica común que les
diferencia de los demás: la capacidad de trabajo a 64bits.
La marca ITANIUM representa la
fuerza y prestaciones de las características únicas de procesador que
proporcionan a los clientes una base fiable y con capacidad de respuesta para
el comercio electrónico del futuro.
En el nuevo diseño de INTEL se ha
contado hasta con los más pequeños detalles. En cuanto a compatibilidad no
parece que vaya a haber ningún problema: todas las aplicaciones diseñadas para
32 bits correrán sin problemas bajo la arquitectura de 64.
Microprocesador
PENTIUM 4
El PENTIUM 4 corresponde al último
diseño de INTEL para dar respuesta a las nuevas necesidades que el avance de
las nuevas tecnologías implica. Lo más llamativo de este micro es que se trata
de un desarrollo completamente nuevo, no se ha apoyado en diseños anteriores
como ocurría, parece que este es el avance más importante de INTEL desde el año
1995.
Con lo anterior expuesto es fácil
de deducir que el PENTIUM 4, precisa de una placa base diseñada de forma específica.
El formato en el que se suministra es para socket 423, aunque existen varios rumores
por parte de INTEL, sobre un cambio de formato inminente hacia los 478 pines. Además
el sistema de refrigeración precisa de una caja y fuente de alimentación
especiales denominadas ATX 2.03.
La idea es sencilla: se sigue
basando el aumento de rendimiento en una serie de predicciones que, en caso de
cumplirse, aumentan significativamente la efectividad de la CPU. El problema
viene cuando estas predicciones no son correctas. Así este nuevo chip de INTEL
dispone de una canalización distribuida en 20 fases. Esto significa que cuando
se realiza una predicción un total de 20 microinstrucciones pueden quedar en
espera de confirmar si la citada predicción ha sido correcta.
Otro de los avances es el
incremento de velocidad de proceso. Toda la campaña de INTEL asegura que se
soporta un bus de sistema de 400MHz. Si se pretende ser serio, realmente no es
esta la velocidad de bus a la que se puede trabajar sino que se aplica un doble
DDR para obtener mejores resultados. Realmente se mantienen los 100 MHz
habituales con un factor multiplicador que empieza a resultar desorbitado. El
micro de 1,4GHz y bajo la premisa expuesta de un funcionamiento a 100 MHz, es
necesario configurar la placa base con un factor multiplicador de x14. Se
alcanzan los 3,2 GB/s frente a 1 GB/s obtenido por el PENTIUM II con un bus de
133 MHz o los 0,5 GB/s del Celeron con un bus de 66MHz.
Más de un Micro En
Una Misma Placa
Es habitual para los servidores
usar placas donde dos microprocesadores trabajan en paralelo. Se trata de casos
especiales donde, en lugar de una CPU, se usan dos o más. Hay fundamentalmente
dos tipos de arquitecturas para el microprocesador.
- Asociación estrecha (tightly
coupled)
- Asociación Flexible (loosely
coupled)
Habitualmente se usa la
arquitectura ``Pipeline''. Esta técnica permite que, mientras se está
decodificando una instrucción, otra, en paralelo, se está ejecutando. Esto
consigue que en un solo ciclo de reloj se realicen dos instrucciones.
Es el término que se aplica al
hecho de incrementar la velocidad del procesador por encima de la que ha sido
diseñado, con el objeto de aumentar la velocidad del sistema sin añadir nuevos
componentes. Este sistema se ha usado por distribuidores poco profesionales
dando, en su día, ligar a un escándalo provocado por la falsificación de
micros: se serigrafía con una velocidad superior y se vendían como
microprocesadores de más frecuencia.
Todos los micros se pueden
trucar, aunque algunos aguantan mejor que otro el overcloking. Los 386 y 486 de
INTEL Y AMD aguantaban grandes incrementos de frecuencia. Igualmente ocurría
con los 486 de CYRIX. Los MOTOROLA 680x0 eran menos adecuados, ya que el
overcloking requiere un subsistema de memoria fiable por parte del microprocesador
y el MOTOROLA 68040 no dispone de memoria cache de segundo nivel.
Puede darse el caso de que un
microprocesador diseñado para trabajar a 100MHz, no consiga funcionar
correctamente a esa velocidad pero si a 75MHz. Esto no implica que el micro sea
defectuoso, ya que se garantiza el correcto funcionamiento a una frecuencia
determinada. Las condiciones de laboratorio no coinciden con las habituales de
trabajo.
El overcloking no produce
generalmente ningún daño. La única consecuencia directa es el
sobrecalentamiento que se soluciona mediante el uso de un ventilador/disipador.
Un problema poco documentado
sobre el overcloking es la electromigración, que consiste en la erosión de las
pistas debido al aumento de frecuencia.
No todos los micros responde
igual, el resto de los componentes del ordenador sí que guardaran una
dependencia con el incremento de velocidad. Si una vez modificados los
parámetros de funcionamiento del micro el ordenador no arranca, se podrá
probar, siempre y cuando la BIOS lo permita, a añadir estados de espera o bajar
la velocidad.
Las tarjetas aceleradoras también
llamadas ICE son unas placas destinadas a aumentar la velocidad del PC mediante
su inserción en una de INTEL.
Fabricantes
Destacados
·
AMD
·
APPLE
·
CYRIX
·
INTEL
·
MOTOROLA
·
TEXAS INSTRUMENTS
Los microprocesadores 8086 y 8088
En junio de 1978 Intel lanzó al
mercado el primer microprocesador de 16 bits: el 8086. En junio de 1979
apareció el 8088 (internamente igual que el 8086 pero con bus de datos de 8
bits) y en 1980 los coprocesadores 8087 (matemático) y 8089 (de entrada y
salida). El primer fabricante que desarrolló software y hardware para estos
chips fue la propia Intel. Reconociendo la necesidad de dar soporte a estos
circuitos integrados, la empresa invirtió gran cantidad de dinero en un gran y
moderno edificio en Santa Clara, California, dedicado al diseño, fabricación y
venta de sus sistemas de desarrollo que, como se explicó anteriormente, son
computadoras autosuficientes con el hardware y software necesario para
desarrollar software de microprocesadores.
Arquitectura de los
procesadores 8088 y 8086:
El 8086 es un microprocesador de
16 bits, tanto en lo que se refiere a su estructura como en sus conexiones
externas, mientras que el 8088 es un procesador de 8 bits que internamente es
casi idéntico al 8086. La única diferencia entre ambos es el tamaño del bus de
datos externo. Intel trata esta igualdad interna y desigualdad externa
dividiendo cada procesador 8086 y 8088 en dos sub-procesadores. O sea, cada uno
consta de una unidad de ejecución (EU: Execution Unit) y una unidad interfaz
del bus (BIU: Bus Interface Unit). La unidad de ejecución es la encargada de
realizar todas las operaciones mientras que la unidad de interfaz del bus es la
encargada de acceder a datos e instrucciones del mundo exterior. Las unidades
de ejecución son idénticas en ambos microprocesadores, pero las unidades de
interfaz del bus son diferentes en varias cuestiones.
Características
generales 8086
•
Procesador de 16 bits
•
Bus de direcciones de
20 bits : 1 Mbyte
•
Bus de datos interno
de 16 bits
•
Bus de datos externo
de
•
16 bits en el 8086
•
8 bits en el 8088
•
Original del IBM
PC/XT
•
89 instrucciones
•
No tiene coprocesador
Características
generales 8088
·
Bus de datos de 8
bits
·
Arquitectura interna
de 16 bits
·
Direccionamiento de
1Mb
·
Clock de 5 MHz
·
Modo máximo y modo
mínimo
·
Bus de direcciones y
datos multiplexados
LA CPU 8086/8088 DE
INTEL.
La empresa Intel introdujo el
microprocesador 8086 de 16 bits en el año 1978. Era el primer procesador que
podía disponer de los avances tecnológicos conseguidos en lenguajes de
programación de alto nivel y en sistemas operativos más potentes, con lo cual se
obtuvo la base para el diseño de las computadoras. Desde entonces, todos los
sistemas compatibles IBM se basan, en última instancia, en la CPU 8086. Todos
los descendientes de la 8086 de Intel han de ser capaces de emular este
procesador.
El software que se desarrollo
para el 8086 también tenía que ser compatible con chips posteriores.
El chip 8086 disponía de una
estructura real de 16 bits, que le permitía trabajar con un formato de datos de
16 bits, tanto interna como externamente. Pero el elevado precio de los
componentes de memoria requeridos para su uso, dificulto su comercialización.
La empresa IBM contrato la firma
Intel para diseñar el sucesor del chip 8086, se llama CPU 8088. Las primeras
computadoras personales se introdujeron en el mercado en 1981. Estas
computadoras, que contaban con una capacidad de 16kb de memoria, una unidad de
cinta en forma de cassette, y un monitor monocromo de color verde sin
prestaciones gráficas. Ya hace más de 15 años de este acontecimiento.
Externamente, el chip 8088 solo
usaba un formato de 8 bits para su bus de datos. Pero internamente, trabaja con
16 bits, como el procesador 8086. La CPU 8086/8088 fue equipada con un bus de
direcciones de 20 bits, que el permitía seleccionar 2 elevado a la 20
ubicaciones de memoria en forma directa, equivalente a 1 MB (1,048,576 bytes),
lo que definía el límite físico de la memoria de este procesador. En sus
inicios, en sus inicios funcionaba a una frecuencia de reloj impresionante de
4.77MHz. Las computadoras XT eran versiones mejoradas de las PC de IBM, con la
incorporación de un disco duro. Más adelante los modelos de Turbo XT
compatibles, contaban con velocidades 8 MHz, 10 MHz e incluso 12MHz.
Comparado con la potencia
disponible hoy en día, es difícil imaginar cual era la utilidad de una
computadora con un procesador 8086/8088. No obstante, el software que se
disponía aquellos días no precisaba mucha potencia. Incluso un programa de
tratamiento de textos reciente, como el programa Word 5.5 de Microsoft, podría
funcionar correctamente con una CPU 8088.
EL 80286.
Pronto Intel introdujo un
procesador más sofisticado, la CPU 80286, que elevo las prestaciones de la PC a
un nuevo nivel. El procesador 80286 usaba un bus de datos de 16 bits, tanto
interna como externamente, con lo cual superaba a su predecesor, sobre todo con
respecto a la cada vez más potente nuevas aplicaciones. Se amplió también el
bus de direcciones de este procesador para direccionar 16 MB de memoria.
Otra diferencia básica entre el
procesador 80286 y su predecesor era el juego de comandos condensada en la CPU.
Aumento el numero de instrucciones que podría ejecutarse por segundo, no
solamente durante una mayor frecuencia de reloj, sino también mediante una
estructura de comandos más eficiente. Como resultado se multiplico por tres el
valor de MIPS (millones de instrucciones por segundo).
De todas formas, la diferencia
predominante entre las CPU 8086/8088 y 80286 radica en la adición de un nuevo
modelo operativo. En el modo real o normal, la 286 funciona de la misma manera
que su predecesor, con la misma limitación de un MB de memoria: Pero su mayor
velocidad de reloj y juego de comandos más eficientes permitía superar a sus
predecesores, incluso en el modo real.
El nuevo modo operativo, llamado
modo protegido, le permite al procesador 80286 direccionar y gestionar más
memoria, hasta 16 MB. Así es posible procesar varias aplicaciones diferentes
simultáneamente. A esta técnica se le llama multitarea.
El 80286 fue el primer procesador
Intel capaz de realizar multitareas que disfrutó de una fuerte
comercialización. En todo esto, solo unas cuantas aplicaciones, tales como
Lotus 1-2-3 y Windows de Microsoft podían aprovecharse de esta capacidad. El
sistema operativo MS/PCDos de las PC por sí solo no puede funcionar en el modo
protegido puesto que solo puede poner 640 KB de memoria de trabajo a
disposición de las aplicaciones. Sin embargo, existen otros sistemas
operativos, como el UNIX y el OS/2, ofrecen mucho más en este sentido.
En las PC de la categoría AT
(tecnología avanzada), el procesador 286 se encuentra a menudo en la misma
forma y en el mismo lugar que en la CPU 8086/8088. En cambio, hay que notar que
el chip 286 no se fabricó con un formato completo. Es decir, tanto puede ser
una lámina cuadrada que se sujeta mediante clips metálicos, puede ser un chip
de forma cuadrada montada en un zócalo de plástico. Su ubicación sobre las
distintas placas madre puede variar también. Normalmente, la única manera de
identificar este chip es mediante las siglas grabadas sobre su superficie.
EL 80386.
La siguiente generación de
procesadores para la PC trajo consigo importantes cambios en el mundo de la PC.
Con la CPU 80386 DX, Intel ofreció un chip de proceso que era ampliamente
superior al de sus predecesores. El 386 DX era el primer procesador de 32 Bites
que pudo usarse en placas madre de las PC. Al doblar la anchura externa e
interna del bus de datos utilizado en el 286, tanto interna como externamente,
se le abrieron nuevos horizontes a las computadoras personales.
Las aplicaciones gráficas, que
anteriormente corrían lentamente, ahora podrían funcionar con más rapidez.
Asimismo, el uso de las interfaces gráficas de usuario (GUI), que requieren
mucha más potencia del procesador, dado que redefinen toda la pantalla después
de cada acción, comenzó a ser realmente posible y práctico después de haberse
introducido en 80386.
Desde que las velocidades de los
relojes se elevaron de 16 a 33 y 40 MHz y que se instaló un caché externo de
memoria (ver más adelante) para incrementar el rendimiento del procesador, casi
todas las computadoras modernas pueden clasificarse como “computadoras
gráficas”, una distinción que ya existía desde hacía algún tiempo entre las computadoras
Apple, Commodore, Amiga y Atari ST que utilizan procesadores Motorola.
Desde que el bus de direcciones
se expandió a 32 bits, el chip puede direccionar directamente 4.294.967.296 (2
elevado a la 32) localizaciones de memoria, o 4 gigabytes de RAM. Esto hace
posible direccionar incluso 64 terabytes de forma virtual, lo que permite otro
modo de operación, llamado el modo real virtual. Con este modo de operación, es
posible efectuar la multitarea bajo MS- /PC-DOS porque cada aplicación
involucrada en el proceso de multitarea recibe una CPU virtual con 1 MB de
memoria.
Estas computadoras virtuales por
separado operan como varios procesadores 8088 independientes, trabajando en
paralelo en un solo sistema. No obstante, para crear este mundo artificial en
la PC, se necesitaba otra ampliación del sistema operativo. Esta adición pronto
fue introducida por Microsoft con la versión 3.0 del entorno gráfico de usuario
MS-Windows.
Al igual que la CPU 286, la 386
permanece completamente compatible con códigos objeto en relación a sus
predecesores. Esto significa que todos los sistemas operativos y aplicaciones diseñadas
para procesadores 8086 u 80286 también funcionarán en la CPU 386, sólo que
mucho más deprisa.
El 386 también entiende los
juegos de comandos utilizados por los chips más antiguos y los tiempos de
ejecución son más rápidos. A una velocidad de reloj idéntica, por ejemplo 16
MHz, el 386 puede alcanzar dos veces los MIPS (millones de instrucciones por
segundo) que la CPU 80286.
Una característica especial de la
generación 386 es que cuenta con una versión “degradada” del procesador,
llamada 386SX con velocidades de reloj entre 16 y 25 MHz. “Degradada” quiere
decir en este contexto que el 386SX utiliza una estructura de 32 bits sólo de
forma interna. En este sentido no es inferior a su hermano el 386 “puro”.
No obstante, externamente el SX
utiliza un bus de datos que tiene el mismo tamaño que el bus encontrado en la
CPU 286. También el bus de direcciones del “SX” es similar al del 286, lo cual
le limita en aplicaciones multitarea.
El 386SX consiste básicamente en
un procesador 386 en una placa madre 286. Este es el motivo por el que el
SX ejecuta muchas tareas de forma más lenta que la de su hermano mayor, el 386
“puro”. Debe estar cambiando constantemente entre su estructura interna propia
de 32 bits y la operación externa de 16 bits, lo cual cuesta tiempo.
El 386DX es fácilmente
identificable en el marco de la placa madre. Tiene forma cuadrada, una
inscripción que lo distingue, y una impresión en tinta azul-roja. Esta CPU
386DX está normalmente localizada transversalmente frente a las ranuras de
expansión de la placa madre.
Puesto que los procesadores de la
clase 386SX son considerablemente más pequeños, es difícil localizarlos. En vez
de estar montados en un zócalo como otros procesadores Intel, están soldados
directamente al circuito madre. Así pues, no pueden sacarse ni intercambiarse.
Si una CPU 386SX deja de funcionar, deberá cambiarse toda la placa madre.
LA ACTUAL ESTRELLA DE
LA FAMILIA INTEL.
El último procesador de Intel es el
i486. Esta CPU, que es más que un procesador, se llama chip integrado. Este
chip agrupa cuatro grupos de funciones distintas (la CPU real, un coprocesador
matemático, un controlador caché y dos memorias de caché con 4k cada una) en un
solo componente. El i486 trabaja interna y externamente con una estructura
completa de 32 bits y puede alcanzar frecuencias de reloj que van desde 25
hasta 50 MHz.
La diferencia principal entre el
i486 y sus predecesores, particularmente el chip 386, es el elevado nivel de
integración del i486, Incluso un 386 con un coprocesador, no puede compararse a
un i486.
La estructura del i486 tiene un
controlador caché que está construido dentro del chip, junto con dos cachés de
4k. Al igual que el caché on-chip actúa como un buffer entre el procesador y la
memoria de trabajo. La operación básica del caché integrado es idéntica a la
del “caché de segundo nivel” externo, véase la descripción en el apartado
2.1.6, que explica el principio de caché RAM en detalle.
Él caché interno localizado en el
i486 está organizado como un caché “a través de una escritura buffer”. Este
método lee los datos, que no pueden encontrarse en el caché, desde la memoria
de trabajo y traslada esta información a la CPU y al caché. Las operaciones de
escritura para localizaciones de memoria que actualmente están almacenadas en
el caché, se efectúan tanto a las localizaciones de la memoria de trabajo como
a las del caché.
Esto asegura que la información
en el caché esté actualizada. Un algoritmo de gestión interna efectúa un buffer
en estas operaciones de lectura y escritura, hasta que el bus externo está
disponible y puede realizarse un acceso de escritura a la memoria de trabajo de
la computadora. Esto libera al procesador e impide períodos de espera. Los contenidos
del caché que menos se utilizan durante un cierto período de tiempo, se
identifican mediante un algoritmo de control especial y vuelven a escribirse la
próxima vez que se “refresca” el caché.
Debido al controlador interno
caché, la CPU, con su elevada frecuencia de operación, rara vez debe esperar a
la lentitud de la RAM de la máquina. El caché actúa como un tipo de buffer
inteligente, una característica que también puede aplicarse al controlador
caché. Ya que esta técnica es capaz de impedir cualquier período de espera, el
i486 puede ejecutar casi todas las operaciones en un solo ciclo de reloj. Esta
capacidad, por sí sola, hace que el i486 sea superior al 386.
El i486 tiene un conjunto de comandos
completo, que incluye todos los conjuntos de comandos utilizados por sus
predecesores. Esto da lugar a una estructura de procesador compleja. Al igual
que sus predecesores, el i486 es un CISC (Com-plex Instruction Set Computer) y
es compatible en forma descendente hasta el 8086. La compatibilidad descendente
significa que el i486 ejecutará aplicaciones originalmente escritas para los
procesadores anteriores. Debido a sus amplios conjuntos de comandos, los
procesadores CISC se caracterizan por una gran flexibilidad con las
aplicaciones lo cual, no obstante, puede también implicar una reducción de su
velocidad.
Otros procesadores, los llamados
RISC (Reduced Instruction Set Computer) alcanzan unos niveles de rendimiento
superiores utilizando un reducido conjunto de comandos, que normalmente está
unido a una aplicación específica (como, por ejemplo, CAD). No obstante, esto
significa que el conjunto de comandos del procesador puede no ser capaz de
ejecutar otras aplicaciones. Así pues, la velocidad aumenta mientras que la
flexibilidad disminuye.
El i486 es algo así como un
compromiso entre un nivel máximo de flexibilidad y una velocidad de
procesamiento que es significativamente elevada para una computadora personal.
La complejidad del procesador CISC y la velocidad del procesador RISC están
satisfactoriamente combinadas en el 486.
Sin embargo, Intel ha
desarrollado un sucesor al i486. El nuevo procesador de 64 bits, llamado 80586
o Pentium.
Ahora que ya se tiene una visión
general de la historia de los microprocesadores Intel, pasamos a la pregunta
que le interesa a todos los usuarios: ¿Qué procesador se requiere para una
aplicación específica?
La prensa técnica en el campo de
la informática tiende a hacer que las computadoras estén listas para salir a la
venta. Así pues, puede parecer como si cierto tipo de hardware y software fuera
obsoleto muchos meses antes de que esto sucediera realmente. Incluso dentro del
siempre cambiante campo de la informática, suelen aparecer productos que rompen
todos los moldes sólo dos veces al año.
Así pues, si lee estas
publicaciones con frecuencia, no asuma automáticamente que las predicciones
sean totalmente exactas.
Cuando se compra el hardware,
muchos usuarios de computadoras no tienen en consideración la aplicación que
van a utilizar con el mismo. Normalmente, sólo están interesados en los
sistemas más recientes o en el que está actualmente en venta. Sin embargo, la
forma mejor y más económica para determinar el hardware que se necesita es
considerar cómo va a ser utilizado y con qué aplicación.
Desde el punto de vista de la
aplicación, la selección de una configuración, determinada de hardware en un
principio en una consecuencia de la decisión de utilizar un determinado
software. Por ejemplo, supongamos que vaya a utilizar su computadora
principalmente para procesar texto, dado que quiere preparar en su casa lo que
finalmente llevara a la oficina o a la inversa.
Otros programas no le interesan.
Por supuesto, que se sobre entiende que se quiere trabajar con el mismo
procesador de textos en casa y en la oficina. Si este programa es una
aplicación DOS como Microsoft Word 5.5, una computadora 286 es suficiente para
sus necesidades. Sin embargo, si en la oficina está instalado Microsoft Word
para Windows 2.0 y se tiene que trabajar con el mismo en casa entonces su
computadora debe ajustarse a unos requisitos distintos.
Aunque vaya a ejecutar las mismas
tareas que con Microsoft Word 5.5 (es decir, escribir cartas) necesitara una
computadora más potente.
Mientras vaya a tratar
principalmente contextos y cálculos, una computadora personal equipada con una
CPU 286. Esto incluye la utilización de la máquina para propósitos de negocios
tales como contabilidad, teneduría de libros, inventario y correspondencia.
Pero también es cierto que
algunas aplicaciones exigencias más elevadas al sistema. Esto es especialmente
válido cuando la aplicación utiliza un entorno gráfico de usuario, tal como
Windows. En estos casos un 386 sería más adecuado y de acuerdo a las
características se podrá optar entre 386SX y un 386DX. Normalmente, un 486 solo
es necesario cuando quiera ejecutar aplicaciones especiales, tales como
programa CAD complejos.
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http://www.alpertron.com.ar/8088.HTM
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http://html.rincondelvago.com/microprocesadores_14.html
