Microprocesador
Definición:
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).
También dispone de una memoria caché (medida en kilobytes),
y un ancho de bus (medido enbits).
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.
Los principales fabricantes de microprocesadores son AMD e
Intel.
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 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 ayuda a entender el
microprocesador. El 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 se puede diferenciar diversas partes:
*
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.
* Memoria
cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a alcance
directo ciertos datos que «predeciblemente» serán utilizados en las siguientes
operaciones, sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de
espera para adquisición de datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la
llamada cache interna de primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del
micro, 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, es la caché de segundo nivel o L2 e
incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o L3.
*
Coprocesador matemático: unidad de coma flotante. 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.
*
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 la CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son
treinta y dos registros.
* 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 accede desde allí. La memoria es una parte interna de la
computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento
para el trabajo en curso.
* Puertos:
es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto
es análogo 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 si fuera un número de
teléfono para llamar circuitos o a partes especiales.
Marcas
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.
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:
•Se usa la
memoria virtual y se produce una demanda de página.
•El
coprocesador matemático 80387 está instalado y en uso.
•Debe
ocurrir una operación de acceso directo a memoria (DMA).
•El 80386
debe estar en estado de espera (Wait State).
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.
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.
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!
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.
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.
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.
 |
| bus del microprocesador |
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 Pc
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.
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)
- 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
Abiendo la aplicación Sisoft Sandra que permite comparar
varios microprocesadores se puede ver:
- 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 los nuevos 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.
Sistema de refrigeración para el 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.
-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.
Lo más habitual es encontrarnos con ventiladores en las
propias fuentes de alimentación, aunque el principal cometido de estos es
enfriar la propia fuente, no extraen apenas calor del interior.
Algunas carcasas disponen de un hueco debajo de la fuente de
alimentación para introducir otro ventilador extractor. Si además introducimos
otro en la parte inferior introduciendo aire del exterior tendríamos un sistema
de refrigeración por aire bastante completo. Aunque no dejes el ordenador
descargando por la noche si quieres dormir. ; )
-La refrigeración por software consiste en la utilización
de ciertas órdenes de ahorro de energía. La idea es “desactivar”, por decirlo
de algún modo, aquellas zonas del procesador que no están siendo utilizadas en
un momento dado lo que provoca cierta disminución de la temperatura en el
micro.
Esta posibilidad está presente en los procesadores a partir
de la serie Pentium.
Los sistemas operativos actuales realizan está tarea de
forma automática. Windows 98 y Me deberían tener instalado correctamente el soporte
de energía ACPI (-Advanced Configuration and Power Interface- es una norma que
define los métodos más adecuados para el consumo de energía en ordenadores
personales.)
Windows 95 necesita un programa específico que se ocupe de
esta tarea.
Unidad deprincipal:
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 paralelo:
Es 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.
El Front Side Bus de los procesadores Intel es un bus de
este tipo y como cualquier bus presenta unas funciones en líneas dedicadas:
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)
Ejemplo: Monitor (pantalla), impresora, parlantes, etc.
Tecnologías futuras (microprocesador)
Intel, uno de los fabricantes de chips más importantes del
mundo ha anunciado su nuevo procesador Core i9 fabricado en 32 nm con
arquitectura Westmere. Los nuevos Core i9 harán uso de la plataforma LGA-1366 de
los actuales Core i7 Nehalem y seguirán ofreciendo un controlador de memoria
triple channel, 216-bit [64-bit +8-bit ECC por canal. Será procesadores
fabricados en 32nm y tendrán 12 Mbytes de caché L3 pese a haber confirmado
ciertos problemas térmicos con dicho proceso de fabricación, serán los más
potentes del mercado doméstico.
El próximo monstruo de Intel y que todos ya pueden ver en
los roadmap se llama Gulftown, de arquitectura Westmere y de nombre comercial
Core i9. Este procesador tendría 6 núcleos, estaría construido en 32nm, pasaría
a ser el primer Hexa-core que se vendería para el común de los mortales (aunque
un común mortal del tipo ABC1).
Lo que nos trae hoy expreview son las primeras capturas de
este procesador, donde el afortunado ‘JC’ ya tiene un sample de este. En las
capturas se puede apreciar los 12 núcleos, entre físicos y virtuales. En la
otra foto se muestra la diferencia entre un chip basado en Bloomfield y el
futuro Gulftown.
Uau Chevre el Blog
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