MICROPROCESADORES
¿Qué es un microprocesador?
El microprocesador es la parte de la computadora diseñada para llevar acabo o ejecutar los programas. Este viene siendo el cerebro de la computadora, el motor, el corazón de esta máquina. Este ejecuta instrucciones que se le dan a la computadora a muy bajo nivel haciendo operaciones lógicas simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir. El microprocesador, o simplemente el micro, es el cerebro del ordenador. Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles (o millones) de elementos llamados transistores, cuya combinación permite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip.
El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000 operaciones por segundo. El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado en 1979 para su empleo en terminales informáticos. El Intel 8008 contenía 3.300 transistores.
El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo.
Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad muchos mayores. Entre ellos figuran el Intel Pentium Pro, con 5,5 millones de transistores; el UltraSparc-II, de Sun Microsystems, que contiene 5,4 millones de transistores; el PowerPC 620, desarrollado conjuntamente por Apple, IBM y Motorola, con 7 millones de transistores, y el Alpha 21164A, de Digital Equipment Corporation, con 9,3 millones de transistores.
| Procesador | Fecha de presentación | Velocidad de reloj | Ancho de bus | Número de transistores | Memoria direccionable | Memoria virtual | Breve descripción |
| 4004 | 15/11/71 | 108 KHz. | 4 bits | 2.300 (10 micras) | 640 byte | Primer chip con manipulación aritmética | |
| 8008 | 1/4/72 | 108 KHz. | 8 bits | 3.500 | 16 KBytes | Manipulación Datos/texto | |
| 8080 | 1/4/74 | 2 MHz. | 8 bits | 6.000 | 64 KBytes | 10 veces las (6 micras)prestaciones del 8008 | |
| 8086 | 8/6/78 | 5 MHz. 8 MHz. 10 MHz. | 16 bits | 29.000 (3 micras) | 1 MegaByte | 10 veces las prestaciones del 8080 | |
| 8088 | 1/6/79 | 5 MHz. 8 MHz. | 8 bits | 29.000 | Idéntico al 8086 excepto en su bus externo de 8 bits | ||
| 80286 | 1/2/82 | 8 MHz. 10 MHz. 12 MHz. | 16 Bits | 134.000 (1.5 micras) | 16 Megabytes | 1 Gigabyte | De 3 a 6 veces las prestaciones del 8086 |
| Microprocesador Intel 386 DX® | 17/10/85 | 16 MHz. 20 MHz. 25 MHz. 33 MHz. | 32 Bits | 275.000 (1 micra) | 4 Gigabytes | 64 Terabytes | Primer chip x86 capaz de manejar juegos de datos de 32 bits |
| Microprocesador Intel 386 SX® | 16/6/88 | 16 MHz. 20 MHz. | 16 Bits | 275.000 (1 micra) | 4 gigabytes | 64 Terabytes | Bus capaz de direccionar 16 bits procesando 32bits a bajo coste |
| Microprocesador Intel 486 DX® | 10/4/89 | 25 MHz. 33 MHz. 50 MHz. | 32 Bits | (1 micra, 0.8 micras en 50 MHz.) | 4 Gigabytes | 64 Terabytes | Caché de nivel 1 en el chip |
| Microprocesador Intel 486 SX® | 22/4/91 | 16 MHz. 20 MHz. 25 MHz. 33 MHz. | 32 Bits | 1.185.000 (0.8 micras) | 4 Gigabytes | 64 Terabytes | Idéntico en diseño al Intel 486DX, pero sin coprocesador matemático |
| Procesador Pentium® | 22/3/93 | 60 MHz. 66 MHz. 75 MHz. 90 MHz. 100 MHz. 120 MHz. 133 MHz. 150 MHz. 166 MHz. 200 MHz. | 32 Bits | 3,1 millones (0.8 micras) | 4 Gigabytes | 64 Terabytes | Arquitectura escalable. Hasta 5 veces las prestaciones del 486 DX a 33 MHz. |
| Procesador PentiumPro® | 27/3/95 | 150 MHz. 180 MHz. 200 MHz. | 64 Bits | 5,5 millones (0.32 micras) | 4 Gigabytes | 64 Terabytes | Arquitectura de ejecución dinámica con procesador de altas prestaciones |
| Procesador PentiumII® | 7/5/97 | 233 MHz. 266 MHz. 300 MHz. | 64 Bits | 7,5 millones (0.32 micras) | 4 Gigabytes | 64 Terabytes | S.E.C., MMX, Doble Bus Indep., Ejecución Dinámica |
Microprocesador, es un circuito electrónico que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo. Los microprocesadores también se utilizan en otros sistemas informáticos avanzados, como impresoras, automóviles o aviones. En 1995 se produjeron unos 4.000 millones de microprocesadores en todo el mundo.
El microprocesador es un tipo de circuito sumamente integrado. Los circuitos integrados, también conocidos como microchips o chips, son circuitos electrónicos complejos formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor de un material conocido como semiconductor.
Los microprocesadores modernos incorporan hasta 10 millones de transistores (que actúan como amplificadores electrónicos, osciladores o, más a menudo, como conmutadores), además de otros componentes como resistencias, diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la de un sello postal.
Un microprocesador consta de varias secciones diferentes. La unidad aritmético-lógica (ALU, siglas en inglés) efectúa cálculos con números y toma decisiones lógicas; los registros son zonas de memoria especiales para almacenar información temporalmente; la unidad de control descodifica los programas; los buses transportan información digital a través del chip y de la computadora; la memoria local se emplea para los cómputos realizados en el mismo chip.
Los microprocesadores más complejos contienen a menudo otras secciones; por ejemplo, secciones de memoria especializada denominada memoria cache, que sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos. Los microprocesadores modernos funcionan con una anchura de bus de 64 bits (un bit es un dígito binario, una unidad de información que puede ser un uno o un cero): esto significa que pueden transmitirse simultáneamente 64 bits de datos.
Un cristal oscilante situado en el ordenador proporciona una señal de sincronización, o señal de reloj, para coordinar todas las actividades del microprocesador. La velocidad de reloj de los microprocesadores más avanzados es de unos 300 megahercios (MHz) —unos 300 millones de ciclos por segundo—, lo que permite ejecutar unos 1.000 millones de instrucciones cada segundo.
Fabricación de microprocesadores
Los microprocesadores se fabrican empleando técnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados, como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura más compleja que otros chips, y su fabricación exige técnicas extremadamente precisas.
La fabricación económica de microprocesadores exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de microprocesadores consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo "bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador.
Para el circuito electrónico sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas.
La primera etapa en la producción de un microprocesador es la creación de un sustrato de silicio de enorme pureza, una rodaja de silicio en forma de una oblea redonda pulida hasta quedar lisa como un espejo. En la actualidad, las obleas más grandes empleadas en la industria tienen 200 mm de diámetro.
En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico. El tipo de dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se "cultiva" exponiendo la oblea de silicio a una atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor (un angstrom es una diezmilmillonésima de metro).
Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma una imagen del circuito deseado.
Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un tamaño de sólo 0,25 micras.
Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de proyectar el circuito sobre la capa foto resistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío especial.
Historia del microprocesador
El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000 operaciones por segundo. El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado en 1979 para su empleo en terminales informáticos. El Intel 8008 contenía 3.300 transistores.
El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo.
Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad muchos mayores. Entre ellos figuran el Intel Pentium Pro, con 5,5 millones de transistores; el UltraSparc-II, de Sun Microsystems, que contiene 5,4 millones de transistores; el PowerPC 620, desarrollado conjuntamente por Apple, IBM y Motorola, con 7 millones de transistores, y el Alpha 21164A, de Digital Equipment Corporation, con 9,3 millones de transistores.
Microprocesador 80286, denominado también 286. Se trata de un microprocesador de 16 bits de Intel, presentado en 1982 e incluido desde 1984 en el equipo PC/AT de IBM y compatibles. El 80286 dispone de registros de 16 bits, transfiere información a través del bus de datos a 16 bits simultáneos y utiliza 24 bits para direccionar la memoria.
El 80286 puede operar en dos modos, el real (que es compatible con MS-DOS y con los límites de los chips 8086 y 8088) y el protegido (que potencia la funcionalidad del microprocesador). El modo real limita a 1 megabyte la cantidad de memoria que el microprocesador puede direccionar. Por otro lado, en el modo protegido, el 80286 puede acceder directamente a 16 megabytes de memoria. Además, un 80286 en modo protegido protege al sistema operativo de aplicaciones que provocan fallos. Esta protección no existe en procesadores 8088 y 8086, ni está presente en el 80286 cuando funciona en modo real.
Microprocesador 80386SX, denominado también 386SX en informática. Se trata de un microprocesador de Intel, introducido en 1988 como un producto de bajo costo alternativo al 80386DX. El 80386SX es básicamente un procesador 80386DX limitado por un bus de datos de 16 bits. El diseño basado en 16 bits permite configurar los sistemas 80386SX con componentes menos costosos del tipo AT, reduciendo considerablemente el precio total del sistema. El 80386SX proporciona además prestaciones superiores al 80286 y compatibilidad con todo el software diseñado para el 80386DX. Incorpora también características del 80386DX, como la multitarea y el modo 8086 virtual.
Microprocesador 80387, denominado también 387 en el campo de la informática. Se trata de un coprocesador matemático, también denominado de coma flotante, diseñado por Intel para la familia de procesadores 80386. Está disponible a velocidades de 16, 20, 25 y 33 MHz.
El coprocesador 80387 puede aumentar de forma considerable el rendimiento del sistema, siempre que el software de aplicación haga uso de él, ya que pone a disposición de la aplicación instrucciones aritméticas, trigonométricas, exponenciales y logarítmicas con las que no cuenta el 80386. El 80387 también incorpora operaciones fundamentales para el cálculo de senos, cosenos, tangentes, arcotangentes y logaritmos.
Si se utilizan estas instrucciones adicionales, las operaciones son realizadas por el 80387, permitiendo al 80386 dedicarse a otras tareas. El 80387 puede procesar enteros de 32 y 64 bits, números en coma flotante de 32, 64 y 80 bits y operandos BCD (decimales codificados en binario) de 18 dígitos; cumple la norma ANSI/IEEE 754-1985 sobre aritmética en coma flotante binaria. El 80387 opera con independencia del modo en que se encuentre el 80386 y funciona
correctamente cuando éste trabaja en modo real, protegido o en 8086 virtual.
Microprocesador 8086, en informática, microprocesador de Intel presentado en 1978. Es un descendiente directo del 8080, pero con registros de 16 bits, un bus de datos de 16 bits y direccionamiento de 20 bits, y permite controlar más de un megabyte de memoria. Está disponible con velocidades de 4,77, 8 y 10 MHz. Los modelos 25 y 30 de los equipos PS/2 de IBM, disponen de un 8086 a 8 MHz.
