Microprocesadores

Historia y tendencias de los uP.

Semestre :Enero – Junio 2015

Historia de los uP.

¿Qué es un microprocesador?Es un circuito digital generalmente bastante complejo que realiza procesamiento de datos, las operaciones que se llevan a cabo durante dicho procesamiento son controladas por lo que se denomina un programa, este último, es el que le indica al microprocesador exactamente que es lo que tiene que hacer, por ejemplo, leer un dato de un teclado y mandarlo a una pantalla de cristal liquido o tomar dos valores de la memoria, sumarlos y poner este resultado en la misma.

¿Pero realmente que hace?

MICROPROCESADOR 4004El día 15 de noviembre de 1971 INTEL crea su primer procesador el 4004, fue el primer procesador del mundo. Se trataba de un controlador programable de 4 bits. Era capaz de direccionar 4096 posiciones de memoria de 4 bits de ancho (1 nibble). El set de instrucciones del 4004 contenía solo 45 instrucciones. La tasa de ejecución de instrucciones era de 50 Kits (kilo-instrucciones por segundo).

MICROPROCESADOR 4040

La evolución de los procesadores de 4 bits finalizó con el lanzamiento del 4040, una mejora del primer 4004. El 4040 operaba a mayor velocidad que el 4004, sin embargo no había mejoras en cuanto al tamaño de la palabra y a la memoria.

MICROPROCESADOR 8008

Fue creado el 1 de abril de 1972 una versión extendida a 8 bits del 4004. Este procesador podía direccionar a un espacio de memoria expandido a 16 Kbytes. Además contenía instrucciones adicionales (un total de 48) que permitía su uso en aplicaciones más avanzadas.

MICROPROCESADOR 8080Alrededor de 1973, el reducido tamaño de la memoria del 8008, su escaza velocidad y su limitado set de instrucciones, condujeron al lanzamiento del 8080, el primer microprocesador moderno de 8 bits. Ejecutaba a una velocidad 10 veces mayor que el 8008. Una operación de suma requería solo 2m s (500.000 instrucciones por segundo). El 8080 podía, además, direccionar el cuádruple de memoria, es decir 64 Kbytes.

MICROPROCESADOR 8085Fue creado En 1977. Este fue el último procesador de propósito general de 8 bits que desarrolló Intel. Aunque el 8085 era apenas más avanzado que el 8080, ejecutaba software a una velocidad aún mayor. La operación de adición requería 1.3 ms (769.230 instrucciones por segundo).

LA INTRODUCCIÓN DE IBMSin embargo, el ordenador personal no pasó a ser tal hasta la aparición de IBM, el gigante azul, en el mercado. Algo que sucedió en dos ocasiones en los meses de junio de 1978 y de 1979. Fechas en las que respectivamente, hacían su aparición los microprocesadores 8086 y 8088, que pasaron a formar el denominado IBM PC.

MICROPROCESADORES 8086 Y 8088En 1978, Intel lanzó el microprocesador 8086 y un año después el 8088. Ambos eran procesadores de 16 bits, que eran capaces de ejecutar instrucciones en 400 ns (2.5 MIPS o 2.5 millones de instrucciones por segundo). El 8086 y el 8088 direccionaban 1 Mbyte de memoria, 16 veces más memoria que su predecesor. Esta mayor velocidad de ejecución y el mayor tamaño de memoria permitieron que el 8086 y el 8088 remplazarán a las pequeñas minicomputadores en muchas aplicaciones.

MICROPROCESADOR 80286

El 1 de febrero de 1982, Intel daba un nuevo vuelco a la industria con la aparición de los primeros 80286. Como principal novedad, cabe destacar el hecho de que por fin se podía utilizar la denominada memoria virtual, que en el caso del 286 podía llegar hasta 1 Giga. el 80286, una versión mejorada y totalmente compatible del 8086.

MICROPROCESADOR 80386El año de 1985 es clave en la historia de los procesadores. El 17 de octubre Intel anunciaba la aparición del procesador 80386DX, el primero en poseer una arquitectura de 32 bits. Dicho procesador contenía en su interior en torno a los 275000 transistores, más de 100 veces los que tenía el primer 4004 después de tan sólo 14 años.

MICROPROCESADOR 80486El 10 de abril de 1989 apareciera el Intel 80486DX novedades principales, la incorporación del caché de nivel 1 (L1) en el propio chip La estructura interna del 486 fue modificada para que alrededor de la mitad de las instrucciones redujeran su tiempo de ejecución de dos ciclos de clock a uno solo. La mejora en promedio de la velocidad de ejecución para una mezcla típica de instrucciones era del 50 % sobre el 80386, operando ambos a la misma frecuencia de clock.

EL PENTIUMIntroducido en 1993. Conocidos por P5 en el mundo de la informática. Estos procesadores pasarán a la historia por ser los primeros a los que Intel no los bautizó con un número, y sí con una palabra. Estos procesadores que partían de una velocidad inicial de 60 MHz, han llegado hasta los 200 MHz El Pentium contiene una cache para instrucciones de 8 Kbytes y una para datos, también de 8 Kbyte. El sistema de memoria tiene un máximo de 4 Gbytes, con un bus de datos de 64 bits. La tasa de transferencia del bus es superior a los 60 MHz.

PENTIUM PROEl Pentium Pro fue creado el 27 de marzo de 1995. Este procesador contiene 21 millones de transistores, 3 unidades enteras y una de punto flotante para mejorar la performance de la mayor parte del software. Además de la cache interna de 16 Kbytes (nivel 1, L1), también contiene una cache de nivel 2 de 256 Kbytes. Otro cambio significativo es que utiliza 3 motores de ejecución, lo cual le permite ejecutar hasta 3 instrucciones a la vez. También puede direccionar tanto 4 Gbytes como 64 Gbytes debido a su bus de direcciones de 36 bits.

PENTIUM IIEn el año 1998 fue creado el Pentium II, que viene a ser simplemente un nuevo ingenio que suma las tecnologías del Pentium Pro con el MMX. El Pentium II es el procesador más rápido de cuantos ha comercializado Intel. diseñada para procesar eficientemente audio, video y gráficos. Su encapsulado en formato cartucho Single Edge Contact (S.E.C) Cartridge, conectaba directamente la cache externa de nivel 2 al procesador.

PENTIUM IVCreado en al año 2000. El Pentium 4 es un microprocesador de séptima generación basado en la arquitectura x86 y fabricado por Intel. Es el primer microprocesador con un diseño completamente nuevo desde el Pentium Pro. Se estreno la arquitectura NetBurst, la cual no daba mejoras considerables respecto a la anterior P6. Intel sacrificó el rendimiento de cada ciclo para obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una mejora en las instrucciones SSE.

ATHLON XPCreado en el año 2001. Cuando Intel sacó el Pentium 4 a 1,7 GHz 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, por eso sacó el Athlon XP. Compatibilizaba las instrucciones SSE y las 3DNow! Entre las mejoras respecto al Thunderbird podemos mencionar la pre recuperación de datos por hardware, conocida en inglés como prefetch, y el aumento de las entradas TLB, de 24 a 32.

PENTIUM IV (PRESCOTT)A principios de febrero de 2004, Intel introdujo una nueva versión de Pentium 4 denominada 'Prescott'. Primero se utilizó en su manufactura un proceso de fabricación de 90 nm y luego se cambió a 65nm. Su diferencia con los anteriores es que éstos poseen 1 MB o 2 MB de caché L2 y 16 KB de caché L1 (el doble que los Northwood), Prevención de Ejecución, SpeedStep, C1E State, un HyperThreading mejorado, instrucciones SSE3, manejo de instrucciones AMD64, de 64 bits creadas por AMD, pero denominadas EM64T por Intel.

ATHLON 64Fue creado en el año 2004. Presenta un controlador de memoria en el propio circuito integrado del microprocesador y otras mejoras de arquitectura. También presenta una tecnología de reducción de la velocidad del procesador llamada Cool'n'Quiet,. Cuando el usuario está ejecutando aplicaciones que requieren poco uso del procesador, la velocidad del mismo y su tensión se reducen.

PENTIUM DUAL COREDesde el año 2006 esta presente fue diseñado para trabajar en equipos portátiles (Laptops) y en equipos de escritorio (Desktops), permitiendo la ejecución de aplicaciones múltiples a un bajo costo, con un bajo consumo energético y sin sacrificar el desempeño. Este procesador es en realidad un Core 2 Duo, pero en su lanzamiento fue llamado Pentium Dual-Core, a manera de aprovechar la fama de la marca Pentium y de algún modo también para reivindicarla.

INTEL CORE Y CORE 2 DUO Creados en el año 2006. 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. La micro arquitectura Core regresó a velocidades de CPU bajas y mejoró el uso del procesador de ambos ciclos de velocidad y energía. provee etapas de decodificación, unidades de ejecución, caché y buses más eficientes, reduciendo el consumo de energía de CPUs Core 2, mientras se incrementa la capacidad de procesamiento.

CORE i 3Microprocesador Intel Core i3 540 3,06GHz, ideal para disfrutar de contenidos multimedia en Alta Definición y video juegos de última generación. Cuenta con innovador controlador de Video integrado al procesador ofreciendo una fluida reproducción de medios en HD y capacidades 3D de avanzada. Posee tecnología Intel Hyper-Threading permitiendo que cada núcleo realice 2 subprocesos simultáneos maximizando la velocidad en tareas múltiples. Capacitado con la Tecnología Intel 64 permite ejecutar aplicaciones tanto en 32 bits como en 64 bits. Su proceso de Fabricación es de 32nm logrando un excelente ahorro de energía, menor ruido y generando menos calor.

CORE i5

Esta gama tiene 4 núcleos para llevar 4 hilos (es decir, no tiene HyperThreading) y con 8 Mb de Caché L3 compartida por todos los núcleos. Ahora mismo (sept 09), sólo está el 750 cuya velocidad es de 2.66 GHz Además, tiene el controlador de la gráfica integrado en el chip. Estos microprocesadores tienen la tecnología Turbo Boost de Intel y puede aumentar un poco su velocidad.

CORE i7Intel Core i7 es una familia de procesadores de cuatro núcleos de la arquitectura Intel x86-64. Los Core i7 son los primeros procesadores que usan la micro arquitectura Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia Intel Core 2.

Ivy bridge. Intel ha lanzado sus tan esperados procesadores de 22

nanómetros Ivy Bridge, los chips que hoy ven la luz son los de la familia Core i5 y Core i7 de cuatro núcleos, enfocados principalmente para equipos de escritorio y portátiles de tamaño grande-mediano. Los que continuarán con esta oleada de 22 nm son los Core i3 y Core i5 de doble núcleo y bajo consumo energético, enfocados al mercado de las ultrabooks, los cuales esperan su llegada para primavera de este año.

Estos nuevos procesadores vienen a suplantar a las actuales versiones de 32 nm, que comparandolos con los Ivy Bridge, estos últimos prometen un 20% mayor rendimiento, además de reducir su tamaño cumpliendo con la famosa Ley de Moore . El apartado gráfico también mejorará, añadiendo los graficos HD 4000 que serán capaces de reproducir contenido en calidad 4K y poder ejecutar algunos juegos con calidades visuales moderadas.

Intel en estos nuevos chips añade su más reciente tecnología de transistores “3D Tri-Gate”, la cual evita fugas de energía y aumenta el rendimiento considerablemente, además Ivy Bridge se presenta como la primer arquitectura en admitir nativamente soporte para USB 3.0, que con esta versión de hardware se aumentarían las velocidades de transferencia de una manera considerable.

Tendencias de diseño.Parte de la evolución histórica de los uP.

Ley de Moore.

Procesador Año Nº de Transistores

Tecnología

(micras)4004 1971 2.250 108008 1972 3.500 108080 1974 6.000 68086 1978 29.000 3286 1982 134.000 1.5386 1985 275.000 1486DX 1989 1.200.000 0.8Pentium 1993 3.100.000 0.8Pentium II 1997 7.500.000 0.35Pentium III 1999 28.000.000 0.18Pentium4 2002 55.000.000 0.13

Cuando Gordon Moore habló para dictar su ley, era director en la pionera Empresa Fairchild Semiconductor, una de las primeras ¿startups¿ de Silicon Valley. Tres años más tarde pasó a ser cofundador de Intel junto con Robert Noyce, también de Fairchild.

¿Qué es la ley de Moore? En 1965 Gordon Moore afirmó en una entrevista a la revista Electronics, con

la intención de dejar clara la idea (por entonces no demasiado compartida) de que la tecnología tenía futuro, que el número de transistores por pulgada en circuitos integrados se duplicaba cada año y que la tendencia continuaría durante las siguientes dos décadas.

Algo más tarde modificó su propia ley al afirmar que el ritmo bajaría, y la densidad de los datos se doblarían aproximadamente cada 18 meses. Esta progresión de crecimiento exponencial: doblar la capacidad de los microprocesadores cada año y medio, es lo que se considera la Ley de Moore.

La consecuencia directa de la Ley de Moore es que los precios bajan al mismo tiempo que las prestaciones suben: la computadora que hoy vale 3,000 dólares costará la mitad al año siguiente y estará obsoleta en dos años. En 26 años el número de transistores en un chip se ha incrementado nada más y nada menos que 3.200 veces.

Mucha gente le ha dado gran importancia a esta ley que también se ha aplicado a otros aspectos tecnológicos, como la memoria o el ancho de banda, y cierta corriente de economistas cree que el boom económico que ha vivido Estados Unidos en los últimos años se debe en gran parte al crecimiento en progresión geométrica de la productividad de las computadoras.

Recordando la historia. El primer transistor vio la luz en los laboratorios Bell en 1947, para

muchos la fecha del nacimiento de la era digital. De hecho, el transistor consiguió un Nobel para sus creadores: John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley. Un transistor no es más que un dispositivo compuesto por unos estratos de material semiconductor que regula una señal o abre o cierra un circuito.

No obstante, el invento que más impactó fue el circuito integrado, comúnmente conocido como chip, patentado con el nombre de circuito sólido en febrero de 1959.

Pese a suponer toda una revolución, no procuró ningún premio a Jack Kilby, el ingeniero que lo creó en Texas Instruments. De hecho, lo único que consiguió para Texas Instrument fue una guerra de patentes con Fairchild, que había patentado poco después un circuito integrado más sofisticado.

El primer chip apareció en el mercado en 1961. En 1964 algunos chips ya contenían 32 transistores; en 1965, cuando Moore hizo sus famosas declaraciones, el chip más complejo del mercado se había desarrollado en Fairchild y contaba con 64 transistores. Un Pentium III corrientillo de hoy en día incluye 28 millones.

Tarea 1.Conteste las siguientes preguntas.

Cuestionario del cap. 1 del libro de Berry 7ª ed.Págs. 44, 45, 46, 47 y 48.