Resumen:
El primer "PC" o Personal Computer fue inventado por IBM en 1.981 (a decir verdad, ya existan ordenadores personales antes, pero el modelo de IBM tuvo gran xito, entre otras cosas porque era fcil de copiar). En su interior haba un micro denominado 8088, de una empresa no muy conocida llamada Intel, El 8088 era una versin de prestaciones reducidas del 8086, que marc la coletilla "86" para los siguientes chips Intel: el 80186 (que se us principalmente para controlar perifricos), el 80286 de cifras aterradoras, 16 bits y hasta 20 MHz y por fin, en 1.987, el primer micro de 32 bits, el 80386 o simplemente 386.
El microprocesador paso por muchos procesos para lograr existir;antes de que naciera tuvo que crearse el transcistor eran unos diminutos interuptores electronicos que permiten descomponer toda instruccion informatica en ya conocidos famosos ceros y unos por consiguiente inventaron el microprocesador.
Palabras clave
periferico: Perteneciente o relativo a la periferia. Aparato auxiliar e independiente conectado a la unidad central de una computadora.
chip: pequeo circuito integrado que realiza numerosas funciones en ordenadores y dispositivos electrnicos.
E
Introducción
l Microprocesador es un circuito integrado que contiene todos los elementos necesarios para conformar una "unidad central de procesamiento" UCP, también es conocido como CPU sus siglas son en ingles Central Process Unit. En la actualidad este componente electrónico está compuesto por millones de transistores, integrados en una misma placa de silicio. También es un Circuito constituido por millares de transistores integrados en un chip, que realiza alguna determinada funcin de los computadores electrnicos digitales.
Microsoft Encarta 2009. 1993-2008 Microsoft Corporation.
Empaquetado
Los microprocesadores generalmente aparecen a la venta empaquetados para proteger el elemento de silicio (el microprocesador en sí) de la interferencia eléctrica y del daño por exposición al medio ambiente. Este empaquetado suele tener forma de paralelogramo o de prisma e incluye superficies o postes conductores para permitir el paso de alimentación eléctrica y de señales eléctricas desde y hacia el microprocesador.
Este Empaquetado comúnmente se instala sobre un elemento llamado zócalo que sirve a la vez de anclaje e interfaz de comunicación entre el microprocesador y el resto del ordenador (por ejemplo, comunicando con el chipset). En algunas arquitecturas el microprocesador puede soldarse directamente a la placa madre (motherboard). También existen arquitecturas donde se adoptó el formato de cartucho, sin embargo éste formato es más bien raro en la actualidad, prefiriendo la industria disponer de microprocesadores como módulos independientes conectables (y también desconectables) en un zócalo especial.
Este Empaquetado comúnmente se instala sobre un elemento llamado zócalo que sirve a la vez de anclaje e interfaz de comunicación entre el microprocesador y el resto del ordenador (por ejemplo, comunicando con el chipset). En algunas arquitecturas el microprocesador puede soldarse directamente a la placa madre (motherboard). También existen arquitecturas donde se adoptó el formato de cartucho, sin embargo éste formato es más bien raro en la actualidad, prefiriendo la industria disponer de microprocesadores como módulos independientes conectables (y también desconectables) en un zócalo especial.
A. Disipación del calor:
En las arquitecturas modernas la disipacin de calor es un problema mayor, debido a la alta frecuencia de operaci y a la miniaturizacin extrema de los microprocesadores recientes, y por eso es comn que, en ordenadores como los compatibles con la IBM PC, las motherboards dispongan de un zcalo especial para alojar el microprocesador y un sistema de enfriamiento, que comnmente consiste en un disipador de aluminio con un ventilador adosado conocido como microcooler. Sin esta protección, los microprocesadores podrían sobrecalentarse al punto de estropearse permanentemente.
En las arquitecturas modernas la disipacin de calor es un problema mayor, debido a la alta frecuencia de operaci y a la miniaturizacin extrema de los microprocesadores recientes, y por eso es comn que, en ordenadores como los compatibles con la IBM PC, las motherboards dispongan de un zcalo especial para alojar el microprocesador y un sistema de enfriamiento, que comnmente consiste en un disipador de aluminio con un ventilador adosado conocido como microcooler. Sin esta protección, los microprocesadores podrían sobrecalentarse al punto de estropearse permanentemente.
A.1 En los microprocesadores actuales: Los microprocesadores actuales, en su gran mayoría, incluyen mecanismos automáticos que miden la temperatura y eventualmente apagan el procesador en caso de detectar sobrecalentamiento (también pueden incluir alarmas sonoras previas). Esto sirve para protegerlo de fallos, como por ejemplo, que el ventilador se averíe o atasque. Equipos modernos también suelen incluir sensores en el ventilador que chequean continuamente su velocidad (rpm) discipacion de calor y en caso de que esta baje peligrosamente el equipo se apaga automáticamente.
B. Funcionamiento: Desde el punto de vista lgico y funcional, el microprocesador est compuesto bsicamente por: varios registros; una Unidad de control,una Unidad aritmético logica, dependiendo del procesador, puede contener una unidad en coma flotante.
El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como nmeros binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecucin de las instrucciones se puede realizar en varias fases:
· PreFetch, Pre lectura de la instruccin desde la memoria principal,
· Fetch, envo de la instruccin al decodificador,
· Decodificacin de la instrucci, es decir, determinar qu instruccin es y por tanto qu se debe hacer,
· Lectura de operandos (si los hay),
· Ejecucin, (Lanzamiento de las Mquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento).
· Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.
· Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal. El microprocesador se conecta a un oscilador, normalmente un cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo. Este reloj, en la actualidad, genera miles de MHz
Velocidad y ancho de banda
Actualmente se habla de frecuencias de reloj del orden de los Gigahercios (GHz.), o de Megahercios (MHz.). Lo que supone miles de millones o millones, respectivamente, de ciclos por segundo. El indicador de la frecuencia de un microprocesador es una buena referencia de la velocidad de proceso del mismo, pero no el nico. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabo una tarea concreta, as como el ancho de banda o la cantidad de instrucciones ejecutadas por ciclo IPC, son los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible, mientras que el ndice IPC depende de varios factores, como el grado de supersegmentacin y la cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles, entre otros.
Bus de datos
El microprocesador lee y escribe datos en la memoria principal y en los dispositivos de entrada/salida. Estas transferencias se realizan a través de un conjunto de conductores que forman el bus de datos. El número de conductores suele ser potencia de 2. Hay buses de 4, 8, 16, 32, 64,... conductores. Los modelos de la familia x86, a partir del 80386, trabajan con bus de datos de 32 bits, y a partir del Pentium con bus de 64 bits. Pero los microprocesadores de las tarjetas gráficas, que tienen un mayor volumen de procesamiento por segundo, se ven obligados a aumentar este tamaño, y así tenemos hoy en día microprocesadores gráficos que trabajan con datos de 128 ó 256 bits. Estos dos tipos de microprocesadores no son comparables, ya que ni su juego de instrucciones ni su tamaño de datos son parecidos y por tanto el rendimiento de ambos no es comparable en el mismo ámbito.
La arquitectura x86 se ha ido ampliando a lo largo del tiempo a travs de conjuntos de operaciones especializadas denominadas "extensiones", las cuales han permitido mejoras en el procesamiento de tipos de informacin especfica. Este es el caso de las extensiones MMX y SSE de Intel, y sus contrapartes, las extensiones 3DNow! de AMD. A partir de 2003, el procesamiento de 64 bits fue incorporado en los procesadores de arquitectura x86 a travs de la extensin AMD64 y posteriormente con la extensin EM64T en los procesadores [AMD] e [Intel] respectivamente.
La arquitectura x86 se ha ido ampliando a lo largo del tiempo a travs de conjuntos de operaciones especializadas denominadas "extensiones", las cuales han permitido mejoras en el procesamiento de tipos de informacin especfica. Este es el caso de las extensiones MMX y SSE de Intel, y sus contrapartes, las extensiones 3DNow! de AMD. A partir de 2003, el procesamiento de 64 bits fue incorporado en los procesadores de arquitectura x86 a travs de la extensin AMD64 y posteriormente con la extensin EM64T en los procesadores [AMD] e [Intel] respectivamente.
Puertos de entrada y de salida
El microprocesador tiene puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado. El chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las funciones de transmisión de la información entre el microprocesador, la memoria, el sistema gráfico y demás periféricos. El conjunto de circuitos integrados auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea suele ser conocido como chipset, cuya traducción literal del inglés significa conjunto de circuitos integrados. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo. La mayoría de los sistemas necesitan más de un circuito integrado auxiliar; sin embargo, el término chipset se suele emplear en la actualidad cuando se habla sobre las placas base de los IBM PCs.
El chipset está conformado por dos partes:
El puente norte (NorthBridge) se usa como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria. Controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP o PCI Express, y las comunicaciones con el puente sur. Al principio tenía también el control de PCI, pero esa funcionalidad ha pasado al puente sur.
El puente sur norte (SouthBridge) controla los dispositivos asociados como son la controladora de discos IDE, puertos USB, Firewire, SATA, RAID, ranuras PCI, ranura AMR, ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LAN, PCI Express 1x y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. Es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los periféricos.
A. Arquitectura 80x86: En la arquitectura 80x86 usada en los computadores personales, se disponían originalmente de muchos circuitos integrados dando apoyo al microprocesador, tales como el controlador de interrupciones, controlador de acceso directo a memoria, controlador de reloj, etc. Para reducir el número de elementos, la complejidad y el costo de los sistemas se fueron creando circuitos internamente más complejos, que incluían todas esas múltiples funcionalidades en un solo elemento. Esos circuitos son los que actualmente se denominan chipset del computador y son responsables en una medida importante del rendimiento global del mismo.
Como se crea un microprocesador
Con mucha dificultad. Para traer al mundo micros en cantidades industriales es necesario levantar factoras que suponen una inversin multimillonaria. Por ejemplo, una factora que levant hace no mucho Advanced Micro Devices (AMD) en Dresde, Alemania, cost unos 3.000 millones de euros.
La principal caracterstica de estas fbricas es que son inmaculadamente limpias, ya que una simple mota de polvo podra echar a perder millares de microprocesadores. Para evitarlo cuentan con sistemas de filtracin que renuevan el aire diez veces por minuto. Es decir, son 10.000 veces ms limpias que un quirfano. Sus trabajadores van completamente forrados con un traje estril que una persona poco familiarizada tardara ms de media hora en ponerse.
Traer al mundo un procesador es sumamente complejo, pero resumindolo mucho podramos decir que se elaboran de la siguiente manera:
1. Exposicin. Se expone un capa de dixido de silicio al calor y a determinados gases para lograr que crezca y obtener una lmina u oblea de silicio tan fina que es imperceptible al ojo humano.
2. Fotolitografa. Se aplica luz ultravioleta sobre la oblea a travs de una plantilla. El dibujo de dixido de silicio resultante se fija con productos qumicos. Un procesador consta de varias de estas capas, cada una con una plantilla distinta y cada una ms fina que la anterior.
3. Implantacin de iones. La oblea es bombardeada con iones para alterar la forma en la que el silicio conduce la electricidad en esas zonas.
4. Divisin. En cada oblea se han creado miles de micros. Una vez el trazado de su circuito ha sido comprobado, se cortan individualmente con una sierra de diamante.
5. Empaquetado. La parte ms fcil. Cada micro se inserta en el paquete protector que le da la apariencia que todos conocemos y que le permitir ser conectado a otros dispositivos.
A. Nacimiento microprocesador paso a paso:
1.Antes de que naciera el primer procesador, tuvo que crearse el transistor: unos diminutos interruptores electrnicos que permiten descomponer toda instruccin informtica en los famosos ceros y unos. El primer transistor naci en 1947 en los laboratorios Bell y, adems de conseguir un premio Nobel para sus creadores, dio la puntilla a las computadoras basadas en interruptores mecnicos y tubos de silicio. Autnticos dinosaurios.
2. El segundo gran paso fue crear un circuito, que empleaba dos transistores sobre un cristal de silicio. Este segundo avance, en el que particip el que sera cofundador de Intel Robert Noyce, tuvo lugar ms de diez aos despus, en 1958.
3. El tercer y definitivo avance supuso la creacin del primer procesador rudimentario en 1961. Cuatro aos ms tarde el procesador ms complejo apenas contaba con 64 transistores. Pero el crecimiento fue extraordinario: el primer procesador comercial fue distribuido por Intel en 1971 y ya contaba con la friolera de 2.300 transistores. Un prodigio entonces pero que se queda en nada comparado con los cerca de 30 millones que cuenta un Pentium II de andar por casa.
La tecnologa de creacin de microprocesadores ya est llegando a su tope. Cada vez son ms diminutos, ms rpidos, ms complejos de fabricar... Precisamente por ello se lleva hablando desde hace tiempo de nuevos tipos de micros revolucionarios. Las tecnologas ms prometedoras son las que apuestan por la nanotecnologa (computadoras moleculares), que parece la ms viable, y por la integracin de elementos biolgicos.
PARTES DE MICROPROCESADOR
En un micro podemos diferenciar diversas partes:
el encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en s, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo por oxidacin con el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplarn a su zcalo o a la placa base.
la memoria cach: una memoria ultrarrpida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que previsiblemente sern utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo el tiempo de espera.Todos los micros "compatibles PC" desde el 486 poseen al menos la llamada cach interna de primer nivel o L1; es decir, la que est ms cerca del micro, tanto que est encapsulada junto a l. Los micros ms modernos (PentiumIII Coppermine, Athlon Thunderbird, etc.) incluyen tambin en su interior otro nivel de cach, ms grande aunque algo menos rpida, la cach de segundo nivel o L2.
el coprocesador matemtico: o, ms correctamente, la FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante). Parte del micro especializada en esa clase de clculos matemticos; antiguamente estaba en el exterior del micro, en otro chip.
el resto del micro: el cual tiene varias partes (unidad de enteros, registros, etc.) que no merece la pena detallar aqui
El chipset está conformado por dos partes:
El puente norte (NorthBridge) se usa como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria. Controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP o PCI Express, y las comunicaciones con el puente sur. Al principio tenía también el control de PCI, pero esa funcionalidad ha pasado al puente sur.
El puente sur norte (SouthBridge) controla los dispositivos asociados como son la controladora de discos IDE, puertos USB, Firewire, SATA, RAID, ranuras PCI, ranura AMR, ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LAN, PCI Express 1x y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. Es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los periféricos.
A. Arquitectura 80x86: En la arquitectura 80x86 usada en los computadores personales, se disponían originalmente de muchos circuitos integrados dando apoyo al microprocesador, tales como el controlador de interrupciones, controlador de acceso directo a memoria, controlador de reloj, etc. Para reducir el número de elementos, la complejidad y el costo de los sistemas se fueron creando circuitos internamente más complejos, que incluían todas esas múltiples funcionalidades en un solo elemento. Esos circuitos son los que actualmente se denominan chipset del computador y son responsables en una medida importante del rendimiento global del mismo.
Como se crea un microprocesador
Con mucha dificultad. Para traer al mundo micros en cantidades industriales es necesario levantar factoras que suponen una inversin multimillonaria. Por ejemplo, una factora que levant hace no mucho Advanced Micro Devices (AMD) en Dresde, Alemania, cost unos 3.000 millones de euros.
La principal caracterstica de estas fbricas es que son inmaculadamente limpias, ya que una simple mota de polvo podra echar a perder millares de microprocesadores. Para evitarlo cuentan con sistemas de filtracin que renuevan el aire diez veces por minuto. Es decir, son 10.000 veces ms limpias que un quirfano. Sus trabajadores van completamente forrados con un traje estril que una persona poco familiarizada tardara ms de media hora en ponerse.
Traer al mundo un procesador es sumamente complejo, pero resumindolo mucho podramos decir que se elaboran de la siguiente manera:
1. Exposicin. Se expone un capa de dixido de silicio al calor y a determinados gases para lograr que crezca y obtener una lmina u oblea de silicio tan fina que es imperceptible al ojo humano.
2. Fotolitografa. Se aplica luz ultravioleta sobre la oblea a travs de una plantilla. El dibujo de dixido de silicio resultante se fija con productos qumicos. Un procesador consta de varias de estas capas, cada una con una plantilla distinta y cada una ms fina que la anterior.
3. Implantacin de iones. La oblea es bombardeada con iones para alterar la forma en la que el silicio conduce la electricidad en esas zonas.
4. Divisin. En cada oblea se han creado miles de micros. Una vez el trazado de su circuito ha sido comprobado, se cortan individualmente con una sierra de diamante.
5. Empaquetado. La parte ms fcil. Cada micro se inserta en el paquete protector que le da la apariencia que todos conocemos y que le permitir ser conectado a otros dispositivos.
A. Nacimiento microprocesador paso a paso:
1.Antes de que naciera el primer procesador, tuvo que crearse el transistor: unos diminutos interruptores electrnicos que permiten descomponer toda instruccin informtica en los famosos ceros y unos. El primer transistor naci en 1947 en los laboratorios Bell y, adems de conseguir un premio Nobel para sus creadores, dio la puntilla a las computadoras basadas en interruptores mecnicos y tubos de silicio. Autnticos dinosaurios.
2. El segundo gran paso fue crear un circuito, que empleaba dos transistores sobre un cristal de silicio. Este segundo avance, en el que particip el que sera cofundador de Intel Robert Noyce, tuvo lugar ms de diez aos despus, en 1958.
3. El tercer y definitivo avance supuso la creacin del primer procesador rudimentario en 1961. Cuatro aos ms tarde el procesador ms complejo apenas contaba con 64 transistores. Pero el crecimiento fue extraordinario: el primer procesador comercial fue distribuido por Intel en 1971 y ya contaba con la friolera de 2.300 transistores. Un prodigio entonces pero que se queda en nada comparado con los cerca de 30 millones que cuenta un Pentium II de andar por casa.
La tecnologa de creacin de microprocesadores ya est llegando a su tope. Cada vez son ms diminutos, ms rpidos, ms complejos de fabricar... Precisamente por ello se lleva hablando desde hace tiempo de nuevos tipos de micros revolucionarios. Las tecnologas ms prometedoras son las que apuestan por la nanotecnologa (computadoras moleculares), que parece la ms viable, y por la integracin de elementos biolgicos.
PARTES DE MICROPROCESADOR
En un micro podemos diferenciar diversas partes:
el encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en s, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo por oxidacin con el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplarn a su zcalo o a la placa base.
la memoria cach: una memoria ultrarrpida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que previsiblemente sern utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo el tiempo de espera.Todos los micros "compatibles PC" desde el 486 poseen al menos la llamada cach interna de primer nivel o L1; es decir, la que est ms cerca del micro, tanto que est encapsulada junto a l. Los micros ms modernos (PentiumIII Coppermine, Athlon Thunderbird, etc.) incluyen tambin en su interior otro nivel de cach, ms grande aunque algo menos rpida, la cach de segundo nivel o L2.
el coprocesador matemtico: o, ms correctamente, la FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante). Parte del micro especializada en esa clase de clculos matemticos; antiguamente estaba en el exterior del micro, en otro chip.
el resto del micro: el cual tiene varias partes (unidad de enteros, registros, etc.) que no merece la pena detallar aqui
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