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Historia de los microprocesadores III




Enviado por Pablo Turmero



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    Un microprocesador es el cerebro del ordenador. Es un chip, un
    conjunto de circuitos electrónicos altamente integrado,
    fabricado en un trozo de silicio. En su interior existen millones
    de elementos llamados transistores, ordenados de manera que
    forman puertas lógicas para poder así, hacer
    operaciones de toda clase. Los microprocesadores van sobre un
    elemento llamado socket o zócalo, que se conecta a la
    placa base. La función de los microprocesadores es la de
    ejecutar e interpretar las instrucciones de los ordenadores.
    ¿QUE ES EL MICROPROCESADOR? 1. DEFINICION:

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    ¿QUE ES EL MICROPROCESADOR? La velocidad de un
    microprocesador se mide en mega hertzios (MHz) o giga hertzios
    (1 GHz = 1.000 MHz). Debido a la extrema dificultad de
    fabricar componentes electrónicos que funcionen a las
    inmensas velocidades de MHz habituales hoy en día, todos
    los microprocesadores modernos tienen 2 velocidades: VELOCIDAD
    INTERNA: 1. DEFINICION: La velocidad a la que funciona el
    microprocesador internamente (1.8, 2.1, 2.3… GHz). La velocidad
    a la que se comunican el micro y la placa base,
    típicamente a 1033, 2066… MHz. VELOCIDAD EXTERNA O
    DEL BUS:

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    2. PARTES BÁSICAS DE UN MICROPROCESADOR 2.2 ALU (Unidad
    Aritmético-Lógica) : 2.3 El Coprocesador
    Matemático : Realiza las operaciones que convierten los
    datos de entrada en resultados. Una memoria intermedia
    ultrarrápida que sirve al microprocesador para tener a
    mano ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en
    las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM,
    reduciendo el tiempo de espera.Es lo que se conoce como
    caché de primer nivel; es decir, la que está
    más cerca del microprocesador, tanto que está
    encapsulada junto a él, también llamada
    caché interna. 2.4 Registros: o, más correctamente,
    la FPU (Unidad de coma Flotante). Parte del microprocesador
    especializada cálculos matemáticos complejos. 2.5
    La Memoria Cache : Posiciones de memoria interna que almacenan
    temporal y momentáneamente los datos que pasan por la CPU,
    estados, direcciones… mientras se necesitan. 2.1 UC
    (Unidad de Control): Organiza el funcionamiento de la CPU,
    decidiendo qué se hace (y quién) en cada
    momento.

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    Bus de Direcciones: Transporta las direcciones de los datos
    manejados por la CPU Bus de Datos Externos: Transporta hacia y
    desde el exterior de la PCU (cache L2, chipset,
    RAM…).También se le denomina bus frontal o bus del
    sistema. Bus de Datos Internos: Transporta los datos dentro de la
    CPU, es decir entre registros, cache L1, etc. Reloj: Marca la
    frecuencia del funcionamiento del microprocesador y los distintos
    buses del sistema. 2. PARTES BÁSICAS DE UN
    MICROPROCESADOR

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    3. PARTES ELEMENTALES DE UN MICROPROCESADOR

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    ESQUEMA DE LOS MICROPROCESADORES

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    ESQUEMA DE LA UNIDAD ARITMÉTICO – LÓGICA
    (UAL)

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    ESQUEMA DE LA UNIDAD ARITMÉTICO – LÓGICA
    (UAL) Componentes de la ALU Registros de entrada (A, B):
    Almacenan los operandos (datos de entrada). Circuito operacional:
    Componentes electrónicos que realizan las operaciones.
    Registro acumulador (R): Almacena el resultado de las
    operaciones. Registros de estado (D): “Flags” que
    recogen cómo termina la operación. Cero, negativo,
    acarreo, desbordamiento, paridad, etc… Selector de operaciones
    (F): Microinstrucciones procedentes de la Unidad de
    Control.

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    ESQUEMA DE LA UNIDAD DE CONTROL (UC)

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    UNIDAD DE CONTROL (UC) Componentes de la UC Contador de programa
    Contiene la dirección de memoria de la siguiente
    instrucción. Registro de instrucciones Contiene la
    instrucción que se está ejecutando. Decodificador
    Interpreta la instrucción en curso, para poder ejecutarla.
    Reloj Genera impulsos eléctricos que sincronizan y marcan
    la velocidad a la que trabaja la CPU. Secuenciador Genera las
    microinstrucciones para la ejecución paso a paso de la
    instrucción interpretada por el decodificador.

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    UNIDAD DE CONTROL (UC) Interpreta las instrucciones almacenadas
    en la memoria y genera las señales de control necesarias
    para ejecutarlas. Activa o desactiva los componentes del
    microprocesador en función de: La instrucción que
    se esté ejecutando. La fase de dicha instrucción
    que se esté ejecutando. Existen dos tipos de unidades de
    control: Cableadas (máquinas sencillas). Microprogramadas
    (máquinas complejas).

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    EJECUCIÓN DE UNA INSTRUCCIÓN Se recibe la
    instrucción desde la UC. Se comprueba el estado de la ALU.
    Se cargan los operandos. Se realiza la operación. Se
    guarda el resultado en el acumulador. Se guarda el estado de la
    ALU al final. FASES Búsqueda de la instrucción
    (fetch). Decodificación de la instrucción (decode)
    y carga de operandos (load). Ejecución de las operaciones
    (execute). Escritura de resultados (store).

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    4. TIPOS DE DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES 4.1 RISC:
    (Computación con una colección de instrucciones
    reducida): se basan en la idea de que la mayoría de las
    instrucciones para realizar procesos en el computador son
    relativamente simples por lo que se minimiza el número de
    instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la
    CPU. Estos procesadores se suelen emplear en aplicaciones
    industriales y profesionales por su gran rendimiento y
    fiabilidad. Compañías Compaq, Motorola y PowerPC
    4.2 CISC: (Computación con una colección de
    instrucciones compleja): al contrario, tienen una gran cantidad
    de instrucciones y por tanto son muy rápidos procesando
    código complejo. Se trata de extender el conjunto de
    instrucciones de la CPU para que trabaje más
    eficientemente con tratamiento de imágenes y aplicaciones
    en 3D. Compañías Cirix y AMD Conclusiones:
    -Ejecutar más instrucciones por ciclo. -Ejecutar las
    instrucciones en orden distinto del original para que las
    interdependencias entre operaciones sucesivas no afecten al
    rendimiento del procesador. -Contribuir a acelerar el rendimiento
    global del sistema, además de la velocidad de la
    CPU.

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    5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
    prestaciones PRIMEROS MICROS INEFICIENCIA => La mayoría
    de los componentes estaban ociosos más del 90% del tiempo
    POSTERIORMENTE Replicación de componentes internos de la
    CPU. Conexiones pensadas para permitir el trabajo en paralelo de
    TODOS ellos. Conclusiones: -La arquitectura del ordenador ha
    aportado más al rendimiento que la miniaturización.
    -La refrigeración se ha convertido en algo crucial.

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    5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
    prestaciones PIPELINE (SEGMENTACIÓN) Se divide cada
    instrucción en varias fases. Cada componente de la CPU
    puede estar ocupado por una fase distinta de una
    instrucción distinta. Se pretende usar todos los
    componentes de la CPU, el 100% del tiempo.

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    5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
    prestaciones Se simula, de cara a los programas, como si el PC
    tuviera dos CPU’s, en lugar de una solo. Lo inventó
    Intel y mejora el rendimiento un 30%. Permite procesar en
    paralelo, sobre una misma CPU, la ejecución de varios
    programas “multihilo”. Invisible para el SO y los
    programas. Solo se requiere “multiprocesamiento
    simétrico” (SMP). HYPER-THREADING (HT
    Technology)

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    5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
    prestaciones Tecnología de comunicación
    bidireccional que ofrece gran ancho de banda. Comunicación
    entre chips de un circuito integrado. Sustituto del FSB. Pretende
    reducir número de buses y facilitar multiprocesamiento.
    Proporciona conexiones auto-negociadas. Utiliza líneas de
    32 bits. Usado por AMD en procesadores y chipsets.
    HYPER-Transport (HT) o Lightning Data Transport (LDT)

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    5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
    prestaciones Desarrollado por Intel para competir con
    HyperTransport. Reemplaza FSB en procesadores (p.ej, Core i7) y
    chipsets (X58). Intel QuickPath Inteconnect (QPI)

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    1971: Intel 4004 1972: Intel 8008 1978: Intel 8086 1979: Intel
    8088 1. Microprocesadores de Intel más antiguos: 6.
    EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES 1974: Intel 8080

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    1975: Signetics 2650 1975: MOS 6502 1975: Motorola 6800 1976:
    Zilog Z80 2. Microprocesadores antiguos de otros fabricantes:
    1978: Motorola 68000

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    1982: Intel 80286 1985: Intel 80386 1989: Intel 80486 1993: Intel
    Pentium 3. Siguiente generación de Intel: 1995: Intel
    Pentium Pro 1997: Intel Pentium II

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    4. Un nuevo competidor en el mercado, AMD: 1985: AMD Am386 1989:
    AMD Am486 1993: AMD K5 1997: AMD K6

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    Intel Pentium III 1999:AMD K6-2 5. Microprocesadores modernos –
    1999 AMD K7 Athlon Velocidad de bus a 266 MHz. Cache L1 128 KB
    Cache L2 512 KB Socket de 370 pins. AMD K6-2 VELOCIDAD DEL CPU
    DESDE 266-550 MHZ CACHE L1 DE 64 KB 2.2. A 2.4 VOLTIOS TIENE 9.3
    MILLONES DE TRANSISTORES SOCKET 7 O SÚPER SOCKET 7 .

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    BUS DE 400 MHZ ANCHO DE BANDA DE 3.2 GB/SEG SOCKET 432 PNS. CACHE
    L1 DE 8 KB CACHE L2 DE 512 KB , AMD Athlon XP Intel Pentium 4
    ANCHO DE BANDA 2.1 GB/SEG. CACHE L1 128 KB, 64KB DATOS Y 64KB
    INSTRUCCIONES. CACHE L2 256 KB BUS FRONTAL DE 266 MHZ SOCKET 462
    PINS. 5. Microprocesadores modernos – 2000

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    CPU 800 MHz Velocidad de Bus 200 MHZ Cache L1 128KB Cache L2
    64 KB Socket 370 pins. AMD DURON 5. Microprocesadores
    modernos – 2003 Intel Pentium M CPU 900 MHz Velocidad de FSB
    400 MT/s

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    CPU 1,0-3,2 GHz Velocidad HyperTransport 800-1000 MT/s
    AMD Athlon 64 5. Microprocesadores modernos – 2005 Intel
    Pentium D 2 CPUs (Pentium 4) a 2,66-3,6 GHz Velocidad de FSB
    533-800 MHz Variantes con HyperThreading

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    CPU 2,4-3,0 GHz Bus de sistema a 2 GHz 64 bits
    AMD Athlon 64 FX 5. Microprocesadores modernos – 2006 Intel
    Core 2 Duo 2 CPUs a 1,8-3,3 GHz Velocidad de FSB 533-1600 MT/s 64
    bits

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    4 CPUs 2,4-2,6 GHz Bus de sistema a 2 GHz AMD Quad Core
    5. Microprocesadores modernos – 2007 Intel Core 2 Quad 4 CPUs a
    2,3-3,0 GHz Velocidad de FSB 1066-1333 MT/s

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    2 ó 4 núcleos Hasta 3,60 GHz con Turbo Boost
    HyperThreading Velocidad bus DMI de 2,5 GT/s 4 núcleos
    Velocidad de CPU: 2,66 GHz a 3,33 GHz Velocidad QPI: 4,8-6,4 GT/s
    5. Los microprocesadores más modernos de Intel 2 ó
    4 núcleos HyperThreading GPU integrada

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    1971: Intel 4004 (primer microprocesador comercial) 1972: Intel
    8008 1974: Intel 8080 1975: Signetics 2650, MOS 6502, Motorola
    6800 1976: Zilog Z80 1978: Intel 8086, Motorola 68000 1979: Intel
    8088 1982: Intel 80286 1985: Intel 80386, AMD Am386 1987:
    Motorola 68030 1989: Intel 80486, AMD Am486 RESUMEN

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    1993: Intel Pentium, AMD K5 1995: Intel Pentium Pro 1997: Intel
    Pentium II, AMD K6 1999: Intel Pentium III 2000: Intel Pentium 4,
    AMD Athlon XP 2003: PowerPC G5, Intel Pentium M 2005: Intel
    Extreme Edition con hyper-threading, Intel Core Duo, AMD Athlon
    64, AMD Athlon 64 X2, 2006: Intel Core 2 Duo, Intel Core 2
    Extreme, AMD Athlon FX 2007: Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core,
    AMD Quad FX 2008-…: Intel Core i3, Intel Core i5, Intel
    Core i7, AMD Athlon II, AMD Phenom II, AMD Turion II,…
    RESUMEN

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    Pentium Classic: Está optimizado para aplicaciones de 16
    bits.Dispone de 8Kb de caché de instrucciones + 8Kb de
    caché de datos.Utiliza el zócalo de tipo 5 (socket
    5) o el de los MMX (tipo 7). También es conocido por su
    nombre clave P54C.Está formado por 3,3 millones de
    transistores 7.CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE ALGUNOS
    MICROS

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    K6-III: La memoria de segundo nivel trabaja a la misma velocidad
    que la CPU.Utilizan el zócalo super7 a 100 Mhz.64 KB de
    caché L1 (32 para datos y 32 para instrucciones)256 KB de
    caché L2.Fabricados con 21,3 millones de transistores y
    tecnología de 0,25 micras.Soporte para AGP.
    7.CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE ALGUNOS MICROS

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