Microprocesador

Procesador AMD Athlon 64 X2 conectado en el zcalo de unaplaca base.

El microprocesador (o simplemente procesador) es elcircuito integrado central y ms complejo de un sistemainformtico; a modo de ilustracin, se le suele llamar poranaloga el cerebro de un computador.Es el encargado de ejecutar los programas, desde elsistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sloejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo ni-vel, realizando operaciones aritmticas y lgicas simples,tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lgicasbinarias y accesos a memoria.Esta unidad central de procesamiento est constituida,esencialmente, por registros, una unidad de control, unaunidad aritmtico lgica (ALU) y una unidad de clculoen coma otante(conocida antiguamente como copro-cesador matemtico).El microprocesador est conectado generalmente me-diante un zcalo especco de la placa base de la compu-tadora; normalmente para su correcto y estable funcio-namiento, se le incorpora un sistema de refrigeracinque consta de un disipador de calor fabricado en al-gn material de alta conductividad trmica, como cobreo aluminio, y de uno o ms ventiladores que eliminanel exceso del calor absorbido por el disipador. Entre eldisipador y la cpsula del microprocesador usualmentese coloca pasta trmica para mejorar la conductividaddel calor. Existen otros mtodos ms ecaces, como larefrigeracin lquida o el uso de clulas peltier para refri-geracin extrema, aunque estas tcnicas se utilizan casiexclusivamente para aplicaciones especiales, tales comoen las prcticas de overclocking.La medicin del rendimiento de un microprocesador esuna tarea compleja, dado que existen diferentes tipos decargas que pueden ser procesadas con diferente efec-

tividad por procesadores de la misma gama. Una mtri-ca del rendimiento es la frecuencia de reloj que permitecomparar procesadores con ncleos de la misma fami-lia, siendo este un indicador muy limitado dada la granvariedad de diseos con los cuales se comercializan losprocesadores de una misma marca y referencia. Un siste-ma informtico de alto rendimiento puede estar equipa-do con varios microprocesadores trabajando en paralelo,y un microprocesador puede, a su vez, estar constituidopor varios ncleos fsicos o lgicos. Un ncleo fsico sereere a una porcin interna del microprocesador casi-independiente que realiza todas las actividades de unaCPU solitaria, un ncleo lgico es la simulacin de unncleo fsico a n de repartir de manera ms eciente elprocesamiento. Existe una tendencia de integrar el ma-yor nmero de elementos dentro del propio procesador,aumentando as la eciencia energtica y la miniaturiza-cin. Entre los elementos integrados estn las unidades depunto otante, controladores de la memoria RAM, con-troladores de buses y procesadores dedicados de vdeo.

1 Historia de los microprocesado-res

1.1 La evolucin del microprocesadorEl microprocesador surgi de la evolucin de distintastecnologas predecesoras, bsicamente de la computaciny de la tecnologa de semiconductores. El inicio de estaltima data de mitad de la dcada de 1950; estas tecno-logas se fusionaron a principios de los aos 1970, pro-duciendo el primer microprocesador. Dichas tecnologasiniciaron su desarrollo a partir de la segunda guerra mun-dial; en este tiempo los cientcos desarrollaron compu-tadoras especcas para aplicaciones militares. En la pos-guerra, a mediados de la dcada de 1940, la computacindigital emprendi un fuerte crecimiento tambin parapropsitos cientcos y civiles. La tecnologa electrnicaavanz y los cientcos hicieron grandes progresos en eldiseo de componentes de estado slido (semiconducto-res). En 1948 en los laboratorios Bell crearon el transistor.En los aos 1950, aparecieron las primeras computadorasdigitales de propsito general. Se fabricaron utilizandotubos al vaco o bulbos como componentes electrnicosactivos. Mdulos de tubos al vaco componan circuitoslgicos bsicos, tales como compuertas y ip-ops. En-samblndolos en mdulos se construy la computadoraelectrnica (la lgica de control, circuitos de memoria,

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2 1 HISTORIA DE LOS MICROPROCESADORES

etc.). Los tubos de vaco tambin formaron parte de laconstruccin de mquinas para la comunicacin con lascomputadoras.Para la construccin de un circuito sumador simple serequiere de algunas compuertas lgicas. La construccinde una computadora digital precisa numerosos circuitoso dispositivos electrnicos. Un paso trascendental en eldiseo de la computadora fue hacer que el dato fuera al-macenado enmemoria. Y la idea de almacenar programasen memoria para luego ejecutarlo fue tambin de funda-mental importancia (Arquitectura de von Neumann).La tecnologa de los circuitos de estado slido evolucio-n en la dcada de 1950. El empleo del silicio (Si), debajo costo y con mtodos de produccin masiva, hicie-ron del transistor el componente ms usado para el dise-o de circuitos electrnicos. Por lo tanto el diseo de lacomputadora digital se reemplazo del tubo al vaco por eltransistor, a nales de la dcada de 1950.A principios de la dcada de 1960, el estado de arte enla construccin de computadoras de estado slido sufriun notable avance; surgieron las tecnologas en circuitosdigitales como: RTL (Lgica Transistor Resistor), DTL(Lgica Transistor Diodo), TTL (Lgica Transistor Tran-sistor), ECL (Lgica Complementada Emisor).A mediados de los aos 1960 se producen las familiasde circuitos de lgica digital, dispositivos integrados enescala SSI y MSI que corresponden a baja y mediana es-cala de integracin de componentes. A nales de los aos1960 y principios de los 70 surgieron los sistemas a altaescala de integracin o LSI. La tecnologa LSI fue ha-ciendo posible incrementar la cantidad de componentesen los circuitos integrados. Sin embargo, pocos circuitosLSI fueron producidos, los dispositivos de memoria eranun buen ejemplo.Las primeras calculadoras electrnicas requeran entre 75y 100 circuitos integrados. Despus se dio un paso impor-tante en la reduccin de la arquitectura de la computadoraa un circuito integrado simple, resultando uno que fue lla-madomicroprocesador, unin de las palabras Micro delgriego -, pequeo, y procesador. Sin embargo,es totalmente vlido usar el trmino genrico procesador,dado que con el paso de los aos, la escala de integracinse ha visto reducida de micro mtrica a nanomtrica; yadems, es, sin duda, un procesador.

El primer microprocesador fue el Intel 4004,[1] pro-ducido en 1971. Se desarroll originalmente parauna calculadora y result revolucionario para su po-ca. Contena 2.300 transistores, era un microproce-sador de arquitectura de 4 bits que poda realizarhasta 60.000 operaciones por segundo trabajando auna frecuencia de reloj de alrededor de 700 KHz.

El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel8008, desarrollado a mediados de 1972 para su usoen terminales informticos. El Intel 8008 integraba

3300 transistores y poda procesar a frecuencias m-ximas de 800Khz.

El primer microprocesador realmente diseado parauso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080de 8 bits, que contena 4500 transistores y poda eje-cutar 200.000 instrucciones por segundo trabajandoa alrededor de 2MHz.

El primer microprocesador de 16 bits fue el 8086,seguido del 8088. El 8086 fue el inicio y el primermiembro de la popular arquitectura x86, actualmen-te usada en la mayora de los computadores. El chip8086 fue introducido al mercado en el verano de1978, pero debido a que no haba aplicaciones enel mercado que funcionaran con 16 bits, Intel sacal mercado el 8088, que fue lanzado en 1979. Lle-garon a operar a frecuencias mayores de 4Mhz.

El microprocesador elegido para equipar al IBMPersonal Computer/AT, que caus que fuera el msempleado en los PC-AT compatibles entre media-dos y nales de los aos 1980 fue el Intel 80286(tambin conocido simplemente como 286); es unmicroprocesador de 16 bits, de la familia x86,que fue lanzado al mercado en 1982. Contaba con134.000 transistores. Las versiones nales alcanza-ron velocidades de hasta 25 MHz.

Uno de los primeros procesadores de arquitecturade 32 bits fue el 80386 de Intel, fabricado a media-dos y nes de la dcada de 1980; en sus diferentesversiones lleg a trabajar a frecuencias del orden delos 40Mhz.

El microprocesador DECAlpha se lanz al mercadoen 1992, corriendo a 200 MHz en su primera ver-sin, en tanto que el Intel Pentium surgi en 1993con una frecuencia de trabajo de 66Mhz. El proce-sador Alpha, de tecnologa RISC y arquitectura de64 bits, marc un hito, declarndose como el msrpido del mundo, en su poca. Lleg a 1Ghz defrecuencia hacia el ao 2001. Irnicamente, a me-diados del 2003, cuando se pensaba quitarlo de cir-culacin, el Alpha an encabezaba la lista de los mi-croprocesadores ms rpidos de Estados Unidos.[2]

Los microprocesadores modernos tienen una capa-cidad y velocidad mucho mayores, trabajan en ar-quitecturas de 64 bits, integran ms de 700 millonesde transistores, como es en el caso de las serie Co-re i7, y pueden operar a frecuencias normales algosuperiores a los 3GHz (3000MHz).

1.2 HistoriaHasta los primeros aos de la dcada de 1970 los dife-rentes componentes electrnicos que formaban un pro-cesador no podan ser un nico circuito integrado, eranecesario utilizar dos o tres chips para hacer una CPU

1.2 Historia 3

El pionero de los actuales microprocesadores: el 4004 de Intel.

Motorola 6800.

Zilog Z80 A.

Intel 80286, ms conocido como 286.

(uno era el "ALU" - Arithmetical Logic Unit, el otro la "control Unit", el otro el " Register Bank", etc..). En 1971la compaa Intel consigui por primera vez poner todoslos transistores que constituan un procesador sobre unnico circuito integrado, el4004 "', naca el microproce-

Intel 80486, conocido tambin como 486SX de 33Mhz.

IBM PowerPC 601.

Parte posterior de un Pentium Pro. Este chip en particular es de200 MHz, con 256 Kb de cach L2.

sador.Seguidamente se expone una lista ordenada cronolgica-

4 1 HISTORIA DE LOS MICROPROCESADORES

AMD K6 original.

Intel Pentium II; se puede observar su estilo de zcalo diferente.

Intel Celeron Coppermine 128 de 600 MHz.

mente de los microprocesadores ms populares que fue-ron surgiendo. En la URSS se realizaron otros sistemas

Intel Pentium III.

que dieron lugar a la serie microprocesador Elbrus.

1971: El Intel 4004

El 4004 fue el primer microprocesador del mundo, crea-do en un simple chip y desarrollado por Intel. Era un CPUde 4 bits y tambin fue el primero disponible comercial-mente. Este desarrollo impuls la calculadora de Busicome inici el camino para dotar de inteligencia a objetosinanimados y asimismo, a la computadora personal.

1972: El Intel 8008

Codicado inicialmente como 1201, fue pedido a Intelpor Computer Terminal Corporation para usarlo en suterminal programable Datapoint 2200, pero debido a queIntel termin el proyecto tarde y a que no cumpla conla expectativas de Computer Terminal Corporation, -nalmente no fue usado en el Datapoint. PosteriormenteComputer Terminal Corporation e Intel acordaron que eli8008 pudiera ser vendido a otros clientes.

1974: El SC/MP

El SC/MP desarrollado por National Semiconductor, fueuno de los primeros microprocesadores, y estuvo dispo-nible desde principio de 1974. El nombre SC/MP (po-pularmente conocido como Scamp) es el acrnimo deSimple Cost-eective Micro Processor (Microprocesadorsimple y rentable). Presenta un bus de direcciones de 16bits y un bus de datos de 8 bits. Una caracterstica, avan-zada para su tiempo, es la capacidad de liberar los buses an de que puedan ser compartidos por varios procesado-res. Este microprocesador fue muy utilizado, por su bajocosto, y provisto en kits, para propsitos educativos, deinvestigacin y para el desarrollo de controladores indus-triales diversos.

1974: El Intel 8080

1.2 Historia 5

EL 8080 se convirti en la CPU de la primera compu-tadora personal, la Altair 8800 de MITS, segn se alega,nombrada as por un destino de la Nave Espacial Stars-hip del programa de televisin Viaje a las Estrellas, yel IMSAI 8080, formando la base para las mquinas queejecutaban el sistema operativo CP/M-80. Los fanticosde las computadoras podan comprar un equipoAltair porun precio (en aquel momento) de 395 USD. En un pe-riodo de pocos meses, se vendieron decenas de miles deestos PC.

1975: Motorola 6800

Se fabrica, por parte de Motorola, el Motorola MC6800,ms conocido como 6800. Fue lanzado al mercado po-co despus del Intel 8080. Su nombre proviene de quecontena aproximadamente 6.800 transistores. Varios delos primeras microcomputadoras de los aos 1970 usa-ron el 6800 como procesador. Entre ellas se encuentranla SWTPC 6800, que fue la primera en usarlo, y la muyconocida Altair 680. Este microprocesador se utiliz pro-fusamente como parte de un kit para el desarrollo de sis-temas controladores en la industria. Partiendo del 6800se crearon varios procesadores derivados, siendo uno delos ms potentes el Motorola 6809

1976: El Z80

La compaa Zilog Inc. crea el Zilog Z80. Es un micro-procesador de 8 bits construido en tecnologa NMOS, yfue basado en el Intel 8080. Bsicamente es una amplia-cin de ste, con lo que admite todas sus instrucciones.Un ao despus sale al mercado el primer computadorque hace uso del Z80, el Tandy TRS-80 Model 1 pro-visto de un Z80 a 1,77 MHz y 4 KB de RAM. Es unode los procesadores de ms xito del mercado, del cualse han producido numerosas versiones clnicas, y siguesiendo usado de forma extensiva en la actualidad en mul-titud de sistemas embebidos. La compaa Zilog fue fun-dada 1974 por Federico Faggin, quien fue diseador jefedel microprocesador Intel 4004 y posteriormente del In-tel 8080.

1978: Los Intel 8086 y 8088

Una venta realizada por Intel a la nueva divisin decomputadoras personales de IBM, hizo que las PC deIBM dieran un gran golpe comercial con el nuevo pro-ducto con el 8088, el llamado IBM PC. El xito del 8088propuls a Intel a la lista de las 500 mejores compaas,en la prestigiosa revista Fortune, y la misma nombr laempresa como uno de Los triunfos comerciales de los se-senta.

1982: El Intel 80286

El 80286, popularmente conocido como 286, fue el pri-mer procesador de Intel que podra ejecutar todo el soft-ware escrito para su predecesor. Esta compatibilidad del

software sigue siendo un sello de la familia de micropro-cesadores de Intel. Luego de seis aos de su introduccin,haba un estimado de 15 millones de PC basadas en el286, instaladas alrededor del mundo.

1985: El Intel 80386

Este procesador Intel, popularmente llamado 386, se in-tegr con 275.000 transistores, ms de 100 veces tantoscomo en el original 4004. El 386 aadi una arquitecturade 32 bits, con capacidad para multitarea y una unidadde traslacin de pginas, lo que hizo mucho ms senci-llo implementar sistemas operativos que usaran memoriavirtual.

1985: El VAX 78032

El microprocesador VAX 78032 (tambin conocido co-mo DC333), es de nico chip y de 32 bits, y fue desa-rrollado y fabricado por Digital Equipment Corporation(DEC); instalado en los equipos MicroVAX II, en con-junto con su ship coprocesador de coma otante separa-do, el 78132, tenan una potencia cercana al 90% de laque poda entregar el minicomputador VAX 11/780 quefuera presentado en 1977. Este microprocesador contena125000 transistores, fue fabricado en tecnologa ZMOSde DEC. Los sistemas VAX y los basados en este proce-sador fueron los preferidos por la comunidad cientca yde ingeniera durante la dcada del 1980.

1989: El Intel 80486

La generacin 486 realmente signic contar con unacomputadora personal de prestaciones avanzadas, en-tre ellas, un conjunto de instrucciones optimizado, unaunidad de coma otante o FPU, una unidad de interfaz debus mejorada y una memoria cach unicada, todo ellointegrado en el propio chip del microprocesador. Estasmejoras hicieron que los i486 fueran el doble de rpidosque el par i386 - i387 operando a la misma frecuenciade reloj. El procesador Intel 486 fue el primero en ofre-cer un coprocesador matemtico o FPU integrado; con lque se aceleraron notablemente las operaciones de clcu-lo. Usando una unidad FPU las operaciones matemticasms complejas son realizadas por el coprocesador de ma-nera prcticamente independiente a la funcin del proce-sador principal.

1991: El AMD AMx86

Procesadores fabricados por AMD 100% compatible conlos cdigos de Intel de ese momento. Llamados clonesde Intel, llegaron incluso a superar la frecuencia de relojde los procesadores de Intel y a precios signicativamen-te menores. Aqu se incluyen las series Am286, Am386,Am486 y Am586.

6 1 HISTORIA DE LOS MICROPROCESADORES

1993: PowerPC 601

Es un procesador de tecnologa RISC de 32 bits, en 50y 66MHz. En su diseo utilizaron la interfaz de bus delMotorola 88110. En 1991, IBM busca una alianza conApple y Motorola para impulsar la creacin de este mi-croprocesador, surge la alianza AIM (Apple, IBM y Mo-torola) cuyo objetivo fue quitar el dominio que Microsofte Intel tenan en sistemas basados en los 80386 y 80486.PowerPC (abreviada PPC o MPC) es el nombre origi-nal de la familia de procesadores de arquitectura de tipoRISC, que fue desarrollada por la alinza AIM. Los proce-sadores de esta familia son utilizados principalmente encomputadores Macintosh de Apple Computer y su altorendimiento se debe fuertemente a su arquitectura tipoRISC.

1993: El Intel Pentium

El microprocesador de Pentium posea una arquitecturacapaz de ejecutar dos operaciones a la vez, gracias a susdos pipeline de datos de 32 bits cada uno, uno equivalenteal 486DX(u) y el otro equivalente a 486SX(u). Adems,estaba dotado de un bus de datos de 64 bits, y permita unacceso a memoria de 64 bits (aunque el procesador seguamanteniendo compatibilidad de 32 bits para las operacio-nes internas, y los registros tambin eran de 32 bits). Lasversiones que incluan instrucciones MMX no slo brin-daban al usuario un ms eciente manejo de aplicacionesmultimedia, sino que tambin se ofrecan en velocidadesde hasta 233 MHz. Se incluy una versin de 200 MHz yla ms bsica trabajaba a alrededor de 166 MHz de fre-cuencia de reloj. El nombre Pentium, se mencion en lashistorietas y en charlas de la televisin a diario, en reali-dad se volvi una palabra muy popular poco despus desu introduccin.

1994: EL PowerPC 620

En este ao IBM y Motorola desarrollan el primer proto-tipo del procesador PowerPC de 64 bit, la implementa-cin ms avanzada de la arquitectura PowerPC, que estu-vo disponible al ao prximo. El 620 fue diseado parasu utilizacin en servidores, y especialmente optimizadopara usarlo en conguraciones de cuatro y hasta ocho pro-cesadores en servidores de aplicaciones de base de datosy vdeo. Este procesador incorpora siete millones de tran-sistores y corre a 133 MHz. Es ofrecido como un puentede migracin para aquellos usuarios que quieren utilizaraplicaciones de 64 bits, sin tener que renunciar a ejecutaraplicaciones de 32 bits.

1995: EL Intel Pentium Pro

Lanzado al mercado en otoo de 1995, el procesador Pen-tium Pro (profesional) se dise con una arquitectura de32 bits. Se us en servidores y los programas y aplica-ciones para estaciones de trabajo (de redes) impulsaron

rpidamente su integracin en las computadoras. El ren-dimiento del cdigo de 32 bits era excelente, pero el Pen-tium Pro a menudo era ms lento que un Pentium cuandoejecutaba cdigo o sistemas operativos de 16 bits. El pro-cesador Pentium Pro estaba compuesto por alrededor de5'5 millones de transistores.

1996: El AMD K5

Habiendo abandonado los clones, AMD fabricada contecnologas anlogas a Intel. AMD sac al mercado suprimer procesador propio, el K5, rival del Pentium. Laarquitectura RISC86 del AMD K5 era ms semejante ala arquitectura del Intel Pentium Pro que a la del Pentium.El K5 es internamente un procesador RISC con una Uni-dad x86- decodicadora, transforma todos los comandosx86 (de la aplicacin en curso) en comandos RISC. Es-te principio se usa hasta hoy en todas las CPU x86. Enla mayora de los aspectos era superior el K5 al Pentium,incluso de inferior precio, sin embargo AMD tena po-ca experiencia en el desarrollo de microprocesadores ylos diferentes hitos de produccin marcados se fueron su-perando con poco xito, se retras 1 ao de su salida almercado, a razn de ello sus frecuencias de trabajo eraninferiores a las de la competencia, y por tanto, los fabri-cantes de PC dieron por sentado que era inferior.

1996: Los AMD K6 y AMD K6-2

Con el K6, AMD no slo consigui hacerle seriamente lacompetencia a los Pentium MMX de Intel, sino que ade-ms amarg lo que de otra forma hubiese sido un plcidodominio del mercado, ofreciendo un procesador casi a laaltura del Pentium II pero por un precio muy inferior. Enclculos en coma otante, el K6 tambin qued por deba-jo del Pentium II, pero por encima del Pentium MMX ydel Pro. El K6 cont con una gama que va desde los 166hasta los ms de 500MHz y con el juego de instruccionesMMX, que ya se han convertido en estndares.Ms adelante se lanz una mejora de los K6, los K6-2de 250 nanmetros, para seguir compitiendo con los Pen-tium II, siendo ste ltimo superior en tareas de coma o-tante, pero inferior en tareas de uso general. Se introduceun juego de instrucciones SIMD denominado 3DNow!

1997: El Intel Pentium II

Un procesador de 7'5 millones de transistores, se buscaentre los cambios fundamentales con respecto a su pre-decesor, mejorar el rendimiento en la ejecucin de cdi-go de 16 bits, aadir el conjunto de instrucciones MMXy eliminar la memoria cach de segundo nivel del ncleodel procesador, colocndola en una tarjeta de circuito im-preso junto a ste. Gracias al nuevo diseo de este pro-cesador, los usuarios de PC pueden capturar, revisar ycompartir fotografas digitales con amigos y familia vaInternet; revisar y agregar texto, msica y otros; con una

1.2 Historia 7

lnea telefnica; el enviar vdeo a travs de las lneas nor-males del telfono mediante Internet se convierte en algocotidiano.

1998: El Intel Pentium II Xeon

Los procesadores Pentium II Xeon se disean para cum-plir con los requisitos de desempeo en computadoras demedio-rango, servidores ms potentes y estaciones de tra-bajo (workstations). Consistente con la estrategia de In-tel para disear productos de procesadores con el obje-tivo de llenar segmentos de los mercados especcos, elprocesador Pentium II Xeon ofrece innovaciones tcnicasdiseadas para las estaciones de trabajo y servidores queutilizan aplicaciones comerciales exigentes, como servi-cios de Internet, almacenamiento de datos corporativos,creaciones digitales y otros. Pueden congurarse sistemasbasados en este procesador para integrar de cuatro o ochoprocesadores trabajando en paralelo, tambin ms all deesa cantidad.

1999: El Intel Celeron

Continuando la estrategia, Intel, en el desarrollo de pro-cesadores para el segmento de mercados especcos, elprocesador Celeron es el nombre que lleva la lnea de debajo costo de Intel. El objetivo fue poder, mediante s-ta segunda marca, penetrar en los mercados impedidosa los Pentium, de mayor rendimiento y precio. Se dise-a para aadir valor al segmento del mercado de los PC.Proporcion a los consumidores una gran actuacin a unbajo coste, y entreg un desempeo destacado para usoscomo juegos y el software educativo.

1999: El AMD Athlon K7 (Classic y Thunder-bird)

Procesador totalmente compatible con la arquitecturax86. Internamente el Athlon es un rediseo de su ante-cesor, pero se le mejor substancialmente el sistema decoma otante (ahora con 3 unidades de coma otante quepueden trabajar simultneamente) y se le increment lamemoria cach de primer nivel (L1) a 128 KB (64 Kbpara datos y 64 Kb para instrucciones). Adems incluye512 Kb de cach de segundo nivel (L2). El resultado fueel procesador x86 ms potente del momento.El procesador Athlon con ncleo Thunderbird aparecicomo la evolucin del Athlon Classic. Al igual que su pre-decesor, tambin se basa en la arquitectura x86 y usa elbus EV6. El proceso de fabricacin usado para todos es-tos microprocesadores es de 180 nanmetros. El AthlonThunderbird consolid a AMD como la segunda mayorcompaa de fabricacin de microprocesadores, ya quegracias a su excelente rendimiento (superando siempreal Pentium III y a los primeros Pentium IV de Intel a lamisma frecuencia de reloj) y bajo precio, la hicieron muypopular tanto entre los entendidos como en los iniciadosen la informtica.

1999: El Intel Pentium III

El procesador Pentium III ofrece 70 nuevas instruccionesInternet Streaming, las extensiones de SIMD que refuer-zan dramticamente el desempeo con imgenes avan-zadas, 3D, aadiendo una mejor calidad de audio, videoy desempeo en aplicaciones de reconocimiento de voz.Fue diseado para reforzar el rea del desempeo en el In-ternet, le permite a los usuarios hacer cosas, tales como,navegar a travs de pginas pesadas (con muchos gr-cos), tiendas virtuales y transmitir archivos video de al-ta calidad. El procesador se integra con 9,5 millones detransistores, y se introdujo usando en l tecnologa 250nanmetros.

1999: El Intel Pentium III Xeon

El procesador Pentium III Xeon ampla las fortalezas deIntel en cuanto a las estaciones de trabajo (workstation)y segmentos de mercado de servidores, y aade una ac-tuacin mejorada en las aplicaciones del comercio elec-trnico e informtica comercial avanzada. Los procesa-dores incorporan mejoras que refuerzan el procesamien-to multimedia, particularmente las aplicaciones de vdeo.La tecnologa del procesador III Xeon acelera la transmi-sin de informacin a travs del bus del sistema al pro-cesador, mejorando el desempeo signicativamente. Sedisea pensando principalmente en los sistemas con con-guraciones de multiprocesador.

2000: EL Intel Pentium 4

Este es un microprocesador de sptima generacin ba-sado en la arquitectura x86 y fabricado por Intel. Es elprimero con un diseo completamente nuevo desde elPentium Pro. Se estren la arquitectura NetBurst, la cualno daba mejoras considerables respecto a la anterior P6.Intel sacric el rendimiento de cada ciclo para obtener acambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una me-jora en las instrucciones SSE.

2001: El AMD Athlon XP

Cuando Intel sac el Pentium 4 a 1,7 GHz en abril de2001 se vio que el Athlon Thunderbird no estaba a sunivel. Adems no era prctico para el overclocking, en-tonces para seguir estando a la cabeza en cuanto a rendi-miento de los procesadores x86, AMD tuvo que disearun nuevo ncleo, y sac el Athlon XP. Este compatibiliza-ba las instrucciones SSE y las 3DNow! Entre las mejorasrespecto al Thunderbird se puede mencionar la prerrecu-peracin de datos por hardware, conocida en ingls comoprefetch, y el aumento de las entradas TLB, de 24 a 32.

2004: El Intel Pentium 4 (Prescott)

8 1 HISTORIA DE LOS MICROPROCESADORES

A principios de febrero de 2004, Intel introdujo una nue-va versin de Pentium 4 denominada 'Prescott'. Primerose utiliz en su manufactura un proceso de fabricacinde 90 nm y luego se cambi a 65nm. Su diferencia conlos anteriores es que stos poseen 1 MiB o 2 MiB de ca-ch L2 y 16 Kb de cach L1 (el doble que los North-wood), prevencin de ejecucin, SpeedStep, C1E State,un HyperThreading mejorado, instrucciones SSE3, ma-nejo de instrucciones AMD64, de 64 bits creadas porAMD, pero denominadas EM64T por Intel, sin embargopor graves problemas de temperatura y consumo, resul-taron un fracaso frente a los Athlon 64.

2004: El AMD Athlon 64

El AMD Athlon 64 es un microprocesador x86 de octa-va generacin que implementa el conjunto de instruccio-nes AMD64, que fueron introducidas con el procesadorOpteron. El Athlon 64 presenta un controlador de memo-ria en el propio circuito integrado del microprocesador yotras mejoras de arquitectura que le dan un mejor ren-dimiento que los anteriores Athlon y que el Athlon XPfuncionando a la misma velocidad, incluso ejecutando c-digo heredado de 32 bits. El Athlon 64 tambin presentauna tecnologa de reduccin de la velocidad del procesa-dor llamada Cool'n'Quiet,: cuando el usuario est ejecu-tando aplicaciones que requieren poco uso del procesa-dor, baja la velocidad del mismo y su tensin se reduce.

2006: EL Intel Core Duo

Intel lanz sta gama de procesadores de doble ncleoy CPUs 2x2 MCM (mdulo Multi-Chip) de cuatro n-cleos con el conjunto de instrucciones x86-64, basado enla nueva arquitectura Core de Intel. La microarquitecturaCore regres a velocidades de CPU bajas y mejor el usodel procesador de ambos ciclos de velocidad y energacomparados con anteriores NetBurst de los CPU Pentium4/D2. La microarquitectura Core provee etapas de deco-dicacin, unidades de ejecucin, cach y buses ms e-cientes, reduciendo el consumo de energa de CPU Core2, mientras se incrementa la capacidad de procesamiento.Los CPU de Intel han variado muy bruscamente en con-sumo de energa de acuerdo a velocidad de procesador,arquitectura y procesos de semiconductor, mostrado enlas tablas de disipacin de energa del CPU. Esta gamade procesadores fueron fabricados de 65 a 45 nanme-tros.

2007: El AMD Phenom

Phenom fue el nombre dado por Advanced Micro De-vices (AMD) a la primera generacin de procesadoresde tres y cuatro ncleos basados en la microarquitectu-ra K10. Como caracterstica comn todos los Phenomtienen tecnologa de 65 nanmetros lograda a travs detecnologa de fabricacin Silicon on insulator (SOI). No

obstante, Intel, ya se encontraba fabricando mediante lams avanzada tecnologa de proceso de 45 nm en 2008.Los procesadores Phenom estn diseados para facilitarel uso inteligente de energa y recursos del sistema, listospara la virtualizacin, generando un ptimo rendimien-to por vatio. Todas las CPU Phenom poseen caractersti-cas tales como controlador de memoria DDR2 integrado,tecnologa HyperTransport y unidades de coma otantede 128 bits, para incrementar la velocidad y el rendimien-to de los clculos de coma otante. La arquitectura DirectConnect asegura que los cuatro ncleos tengan un ptimoacceso al controlador integrado de memoria, logrando unancho de banda de 16 Gb/s para intercomunicacin de losncleos del microprocesador y la tecnologa HyperTrans-port, de manera que las escalas de rendimiento mejorencon el nmero de ncleos. Tiene cach L3 compartidapara un acceso ms rpido a los datos (y as no dependetanto del tiempo de latencia de la RAM), adems de com-patibilidad de infraestructura de los zcalos AM2, AM2+y AM3 para permitir un camino de actualizacin sin so-bresaltos. A pesar de todo, no llegaron a igualar el rendi-miento de la serie Core 2 Duo.

2008: El Intel Core Nehalem

Intel Core i7 es una familia de procesadores de cuatroncleos de la arquitectura Intel x86-64. Los Core i7 sonlos primeros procesadores que usan la microarquitectu-ra Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia IntelCore 2. FSB es reemplazado por la interfaz QuickPathen i7 e i5 (zcalo 1366), y sustituido a su vez en i7, i5e i3 (zcalo 1156) por el DMI eliminado el northBri-ge e implementando puertos PCI Express directamente.Memoria de tres canales (ancho de datos de 192 bits):cada canal puede soportar una o dos memorias DIMMDDR3. Las placa base compatibles con Core i7 tienencuatro (3+1) o seis ranuras DIMM en lugar de dos o cua-tro, y las DIMMs deben ser instaladas en grupos de tres,no dos. El Hyperthreading fue reimplementado creandoncleos lgicos. Est fabricado a arquitecturas de 45 nmy 32 nm y posee 731 millones de transistores su versinms potente. Se volvi a usar frecuencias altas, aunque acontrapartida los consumos se dispararon.

2008: Los AMD Phenom II y Athlon II

Phenom II es el nombre dado por AMD a una familia demicroprocesadores o CPUs multincleo (multicore) fa-bricados en 45 nm, la cual sucede al Phenom original ydieron soporte a DDR3. Una de las ventajas del paso delos 65 nm a los 45 nm, es que permiti aumentar la can-tidad de cach L3. De hecho, sta se increment de unamanera generosa, pasando de los 2 MiB del Phenom ori-ginal a 6 MiB.Entre ellos, el Amd Phenom II X2 BE 555 de doblencleo surge como el procesador bincleo del mercado.Tambin se lanzan tres Athlon II con slo Cach L2, pero

9con buena relacin precio/rendimiento. El AmdAthlon IIX4 630 corre a 2,8 GHz. El Amd Athlon II X4 635 con-tinua la misma lnea.AMD tambin lanza un triple ncleo, llamado Athlon IIX3 440, as como un doble ncleo Athlon II X2 255.Tambin sale el Phenom X4 995, de cuatro ncleos, quecorre a ms de 3,2GHz. Tambin AMD lanza la familiaThurban con 6 ncleos fsicos dentro del encapsulado

2011: El Intel Core Sandy Bridge

Llegan para remplazar los chips Nehalem, con Intel Corei3, Intel Core i5 e Intel Core i7 serie 2000 y Pentium G.Intel lanz sus procesadores que se conocen con el nom-bre en clave Sandy Bridge. Estos procesadores Intel Coreque no tienen sustanciales cambios en arquitectura res-pecto a nehalem, pero si los necesarios para hacerlos msecientes y rpidos que los modelos anteriores. Es la se-gunda generacin de los Intel Core con nuevas instruccio-nes de 256 bits, duplicando el rendimiento, mejorando eldesempeo en 3D y todo lo que se relacione con opera-cin en multimedia. Llegaron la primera semana de enerodel 2011. Incluye nuevo conjunto de instrucciones deno-minado AVX y una GPU integrada de hasta 12 unidadesde ejecucin

2011: El AMD Fusion

AMD Fusion es el nombre clave para un diseo futurode microprocesadores Turion, producto de la fusin en-tre AMD y ATI, combinando con la ejecucin general delprocesador, el proceso de la geometra 3D y otras fun-ciones de GPUs actuales. La GPU (procesador grco)estar integrada en el propio microprocesador. Se esperala salida progresiva de esta tecnologa a lo largo del 2011;estando disponibles los primeros modelos (Ontaro y Za-cate) para ordenadores de bajo consumo entre ltimosmeses de 2010 y primeros de 2011, dejando el legado delas gamas medias y altas (Llano, Brazos y Bulldozer paramediados o nales del 2011)

2012: El Intel Core Ivy Bridge

Ivy Bridge es el nombre en clave de los procesadores co-nocidos como Intel Core de tercera generacin. Son portanto sucesores de los micros que aparecieron a princi-pios de 2011, cuyo nombre en clave es Sandy Bridge. Pa-samos de los 32 nanmetros de ancho de transistor enSandy Bridge a los 22 de Ivy Bridge. Esto le permite me-ter el doble de ellos en la misma rea. Un mayor nmerode transistores signica que puedes poner ms bloquesfuncionales dentro del chip. Es decir, este ser capaz dehacer un mayor nmero de tareas al mismo tiempo.

2013: El Intel Core Haswell

Haswell es el nombre clave de los procesadores de cuartageneracin de Intel Core. Son la correccin de errores dela tercera generacin e implementan nuevas tecnologasgrcas para el gamming y el diseo grco, funcionandocon un menor consumo y teniendo un mejor rendimien-to a un buen precio. Continua como su predecesor en 22nanmetros pero funciona con un nuevo socket con cla-ve 1150. Tienen un costo elevado a comparacin con losAPUs y FX de AMD pero tienen un mayor rendimiento.

2 FuncionamientoDesde el punto de vista lgico, singular y funcional, elmicroprocesador est compuesto bsicamente por: variosregistros, una unidad de control, una unidad aritmticolgica, y dependiendo del procesador, puede contener unaunidad de coma otante.El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadascomo nmeros binarios organizados secuencialmente enla memoria principal. La ejecucin de las instruccionesse puede realizar en varias fases:

Prefetch, prelectura de la instruccin desde la me-moria principal.

Fetch, envo de la instruccin al decodicador Decodicacin de la instruccin, es decir, determi-nar qu instruccin es y por tanto qu se debe hacer.

Lectura de operandos (si los hay). Ejecucin, lanzamiento de las mquinas de estadoque llevan a cabo el procesamiento.

Escritura de los resultados en la memoria principalo en los registros.

Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclosde CPU, dependiendo de la estructura del procesador, yconcretamente de su grado de segmentacin. La duracinde estos ciclos viene determinada por la frecuencia de re-loj, y nunca podr ser inferior al tiempo requerido pa-ra realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo)de mayor coste temporal. El microprocesador se conectaa un circuito PLL, normalmente basado en un cristal decuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, demodo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo.Este reloj, en la actualidad, genera miles de megahercios.

3 RendimientoEl rendimiento del procesador puede ser medido de dis-tintas maneras, hasta hace pocos aos se crea que lafrecuencia de reloj era una medida precisa, pero ese mi-to, conocido como mito de los megahertzios se ha visto

10 4 ARQUITECTURA

desvirtuado por el hecho de que los procesadores no hanrequerido frecuencias ms altas para aumentar su poten-cia de cmputo.Durante los ltimos aos esa frecuencia se ha manteni-do en el rango de los 1,5 GHz a 4 GHz, dando comoresultado procesadores con capacidades de proceso ma-yores comparados con los primeros que alcanzaron esosvalores. Adems la tendencia es a incorporar ms ncleosdentro de un mismo encapsulado para aumentar el rendi-miento por medio de una computacin paralela, de mane-ra que la velocidad de reloj es un indicador menos ablean. De todas maneras, una forma able de medir la po-tencia de un procesador es mediante la obtencin de lasInstrucciones por cicloMedir el rendimiento con la frecuencia es vlido nica-mente entre procesadores con arquitecturas muy simila-res o iguales, de manera que su funcionamiento internosea el mismo: en ese caso la frecuencia es un ndice decomparacin vlido. Dentro de una familia de procesa-dores es comn encontrar distintas opciones en cuanto afrecuencias de reloj, debido a que no todos los chip desilicio tienen los mismos lmites de funcionamiento: sonprobados a distintas frecuencias, hasta que muestran sig-nos de inestabilidad, entonces se clasican de acuerdo alresultado de las pruebas.Esto se podra reducir en que los procesadores son fabri-cados por lotes con diferentes estructuras internas aten-didendo a gamas y extras como podra ser una memoriacach de diferente tamao, aunque no siempre es as y lasgamas altas dieren muchsimo ms de las bajas que sim-plemente de su memoria cach. Despus de obtener loslotes segn su gama, se someten a procesos en un ban-co de pruebas, y segn su soporte a las temperaturas oque vaya mostrando signos de inestabilidad, se le adjudi-ca una frecuencia, con la que vendr programado de serie,pero con prcticas de overclock se le puede incrementarLa capacidad de un procesador depende fuertemente delos componentes restantes del sistema, sobre todo delchipset, de la memoria RAM y del software. Pero obvian-do esas caractersticas puede tenerse una medida apro-ximada del rendimiento de un procesador por medio deindicadores como la cantidad de operaciones de comaotante por unidad de tiempo FLOPS, o la cantidad deinstrucciones por unidad de tiempo MIPS. Una medidaexacta del rendimiento de un procesador o de un siste-ma, es muy complicada debido a los mltiples factoresinvolucrados en la computacin de un problema, por logeneral las pruebas no son concluyentes entre sistemasde la misma generacin.

4 ArquitecturaEl microprocesador tiene una arquitectura parecida a lacomputadora digital. En otras palabras, el microprocesa-dor es como la computadora digital porque ambos reali-

zan clculos bajo un programa de control. Consiguiente-mente, la historia de la computadora digital ayuda a en-tender el microprocesador. El hizo posible la fabricacinde potentes calculadoras y de muchos otros productos.El microprocesador utiliza el mismo tipo de lgica quees usado en la unidad procesadora central (CPU) de unacomputadora digital. El microprocesador es algunas ve-ces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otraspalabras, el microprocesador es una unidad procesado-ra de datos. En un microprocesador se puede diferenciardiversas partes:

Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicioen si, para darle consistencia, impedir su deterioro(por ejemplo, por oxidacin por el aire) y permitir elenlace con los conectores externos que lo acoplarana su zcalo a su placa base.

Memoria cach: es una memoria ultrarrpida queemplea el procesador para tener alcance directo aciertos datos que predeciblemente sern utiliza-dos en las siguientes operaciones, sin tener que acu-dir a la memoria RAM, reduciendo as el tiempo deespera para adquisicin de datos. Todos los microscompatibles con PC poseen la llamada cach internade primer nivel o L1; es decir, la que est dentro delmicro, encapsulada junto a l. Los micros ms mo-dernos (Core i3,Core i5 ,core i7,etc) incluyen tam-bin en su interior otro nivel de cach, ms grande,aunque algo menos rpida, es la cach de segundonivel o L2 e incluso los hay con memoria cach denivel 3, o L3.

Coprocesador matemtico: unidad de coma o-tante. Es la parte del micro especializada en esa cla-se de clculos matemticos, antiguamente estaba enel exterior del procesador en otro chip. Esta parteest considerada como una parte lgica junto conlos registros, la unidad de control, memoria y bus dedatos.

Registros: son bsicamente un tipo de memoria pe-quea con nes especiales que el micro tiene dis-ponible para algunos usos particulares. Hay variosgrupos de registros en cada procesador. Un grupode registros est diseado para control del progra-mador y hay otros que no son diseados para sercontrolados por el procesador pero que la CPU losutiliza en algunas operaciones, en total son treinta ydos registros.

Memoria: es el lugar donde el procesador encuentralas instrucciones de los programas y sus datos. Tantolos datos como las instrucciones estn almacenadosen memoria, y el procesador las accede desde all.La memoria es una parte interna de la computadoray su funcin esencial es proporcionar un espacio dealmacenamiento para el trabajo en curso.

5.1 Procesadores de silicio 11

Puertos: es la manera en que el procesador se co-munica con el mundo externo. Un puerto es anlogoa una lnea de telfono. Cualquier parte de la cir-cuitera de la computadora con la cual el procesadornecesita comunicarse, tiene asignado un nmero depuerto que el procesador utiliza como si fuera unnmero de telfono para llamar circuitos o a partesespeciales.

5 Fabricacin

5.1 Procesadores de silicioEl proceso de fabricacin de un microprocesador es muycomplejo.Todo comienza con un buen puado de arena (compuestabsicamente de silicio), con la que se fabrica un monocristal de unos 20 x 150 centmetros. Para ello, se fundeel material en cuestin a alta temperatura (1.370 C) ymuy lentamente (10 a 40 mm por hora) se va formandoel cristal.De este cristal, de cientos de kilos de peso, se cortan losextremos y la supercie exterior, de forma de obtener uncilindro perfecto. Luego, el cilindro se corta en obleas de10 micras de espesor, la dcima parte del espesor de uncabello humano, utilizando una sierra de diamante. Decada cilindro se obtienen miles de obleas, y de cada oblease fabricarn varios cientos de microprocesadores.

Silicio.

Estas obleas son pulidas hasta obtener una supercie per-fectamente plana, pasan por un proceso llamado annea-ling, que consiste en someterlas a un calentamiento ex-tremo para eliminar cualquier defecto o impureza quepueda haber llegado a esta instancia. Despus de una su-pervisin mediante lseres capaz de detectar imperfec-ciones menores a una milsima de micra, se recubren conuna capa aislante formada por xido de silicio transferidomediante deposicin de vapor.De aqu en adelante, comienza el proceso del dibujadode los transistores que conformarn a cada microprocesa-dor. A pesar de ser muy complejo y preciso, bsicamente

consiste en la impresin de sucesivas mscaras sobre laoblea, sucedindose la deposicin y eliminacin de capasnsimas de materiales conductores, aislantes y semicon-ductores, endurecidas mediante luz ultravioleta y atacadapor cidos encargados de eliminar las zonas no cubiertaspor la impresin. Salvando las escalas, se trata de un pro-ceso comparable al visto para la fabricacin de circuitosimpresos. Despus de cientos de pasos, entre los que sehallan la creacin de sustrato, la oxidacin, la litografa, elgrabado, la implantacin inica y la deposicin de capas;se llega a un complejo bocadillo que contiene todos loscircuitos interconectados del microprocesador.Un transistor construido en tecnologa de 45 nanmetrostiene un ancho equivalente a unos 200 electrones. Eso dauna idea de la precisin absoluta que se necesita al mo-mento de aplicar cada una de las mscaras utilizadas du-rante la fabricacin.

Una oblea de silicio grabada.

Los detalles de un microprocesador son tan pequeos yprecisos que una nica mota de polvo puede destruir todoun grupo de circuitos. Las salas empleadas para la fabri-cacin de microprocesadores se denominan salas limpias,porque el aire de las mismas se somete a un ltrado ex-haustivo y est prcticamente libre de polvo. Las salaslimpias ms puras de la actualidad se denominan de clase1. La cifra indica el nmero mximo de partculas ma-yores de 0,12 micras que puede haber en un pie cbico(0,028 m3) de aire. Como comparacin, un hogar normalsera de clase 1 milln. Los trabajadores de estas plantasemplean trajes estriles para evitar que restos de piel, pol-vo o pelo se desprendan de sus cuerpos.Una vez que la oblea ha pasado por todo el proceso lito-grco, tiene grabados en su supercie varios cientos de

12 6 EMPAQUETADO

microprocesadores, cuya integridad es comprobada antesde cortarlos. Se trata de un proceso obviamente automa-tizado, y que termina con una oblea que tiene grabadosalgunas marcas en el lugar que se encuentra algn micro-procesador defectuoso.La mayora de los errores se dan en los bordes de la oblea,dando como resultados chips capaces de funcionar a ve-locidades menores que los del centro de la oblea o sim-plemente con caractersticas desactivadas, tales como n-cleos. Luego la oblea es cortada y cada chip individuali-zado. En esta etapa del proceso el microprocesador es unapequea placa de unos pocos milmetros cuadrados, sinpines ni cpsula protectora.Cada una de estas plaquitas ser dotada de una cpsulaprotectora plstica (en algunos casos pueden ser cermi-cas) y conectada a los cientos de pines metlicos que lepermitirn interactuar con el mundo exterior. Estas cone-xiones se realizan utilizando delgadsimos alambres, ge-neralmente de oro. De ser necesario, la cpsula es provis-ta de un pequeo disipador trmico de metal, que servirpara mejorar la transferencia de calor desde el interior delchip hacia el disipador principal. El resultado nal es unmicroprocesador como los que equipan a los computado-res.Tambin se estn desarrollando alternativas al silicio pu-ro, tales como el carburo de silicio que mejora la conduc-tividad del material, permitiendo mayores frecuencias dereloj interno; aunque an se encuentra en investigacin.

5.2 Otros materiales

Aunque la gran mayora de la produccin de circuitos in-tegrados se basa en el silicio, no se puede omitir la uti-lizacin de otros materiales que son una alternativa talescomo el germanio; tampoco las investigaciones actualespara conseguir hacer operativo un procesador desarrolla-do con materiales de caractersticas especiales como elgrafeno o la molibdenita[3].

6 EmpaquetadoLos microprocesadores son circuitos integrados y comotal estn formados por un chip de silicio y un empaquecon conexiones elctricas. En los primeros procesadoresel empaque se fabricaba con plsticos epoxicos o con ce-rmicas en formatos como el DIP entre otros. El chip sepegaba con un material trmicamente conductor a unabase y se conectaba por medio de pequeos alambres aunas pistas terminadas en pines. Posteriormente se sella-ba todo con una placa metlica u otra pieza del mismomaterial de la base de manera que los alambres y el sili-cio quedaran encapsulados.En la actualidad los microprocesadores de diversos tipos(incluyendo procesadores grcos) se ensamblan por me-

Empaquetado de un procesador Intel 80486 en un empaque decermica.

Empaquetado de un procesador PowerPC con Flip-Chip, se ve elchip de silicio.

dio de la tecnologa Flip chip. El chip semiconductor essoldado directamente a un arreglo de pistas conductoras(en el sustrato laminado) con la ayuda de unas microes-feras que se depositan sobre las obleas de semiconductoren las etapas nales de su fabricacin. El sustrato lami-nado es una especie de circuito impreso que posee pistasconductoras hacia pines o contactos, que a su vez servirnde conexin entre el chip semiconductor y un zcalo deCPU o una placa base.Antiguamente las conexin del chip con los pines se rea-lizaba por medio de microalambres de manera que que-daba boca arriba, con el mtodo Flip Chip queda bocaabajo, de ah se deriva su nombre. Entre las ventajas deeste mtodo esta la simplicidad del ensamble y en unamejor disipacin de calor. Cuando la pastilla queda bo-cabajo presenta el sustrato base de silicio de manera quepuede ser enfriado directamente por medio de elementosconductores de calor. Esta supercie se aprovecha tam-bin para etiquetar el integrado. En los procesadores para

7.1 Buses del procesador 13

computadores de escritorio, dada la vulnerabilidad de lapastilla de silicio, se opta por colocar una placa de me-tal, por ejemplo en los procesadores Athlon como el de laprimera imagen. En los procesadores de Intel tambin seincluye desde el Pentium III de ms de 1 Ghz.

6.1 Disipacin de calorCon el aumento de la cantidad de transistores integradosen un procesador, el consumo de energa se ha elevadoa niveles en los cuales la disipacin calrica natural delmismo no es suciente para mantener temperaturas acep-tables y que no se dae el material semiconductor, de ma-nera que se hizo necesario el uso de mecanismos de en-friamiento forzado, esto es, la utilizacin de disipadoresde calor.Entre ellos se encuentran los sistemas sencillos, tales co-mo disipadores metlicos, que aumentan el rea de radia-cin, permitiendo que la energa salga rpidamente delsistema. Tambin los hay con refrigeracin lquida, pormedio de circuitos cerrados.En los procesadores ms modernos se aplica en la partesuperior del procesador, una lminametlica denominadaIHS que va a ser la supercie de contacto del disipadorpara mejorar la refrigeracin uniforme del die y protegerlas resistencias internas de posibles tomas de contacto alaplicar pasta trmica. Varios modelos de procesadores, enespecial, los Athlon XP, han sufrido cortocircuitos debidoa una incorrecta aplicacin de la pasta trmica.Para las prcticas de overclock extremo, se llegan a uti-lizar elementos qumicos tales como hielo seco, y en ca-sos ms extremos, nitrgeno lquido, capaces de rondartemperaturas por debajo de los 190 grados Celsius y elhelio lquido capaz de rondar temperaturas muy prximasal cero absoluto. De esta manera se puede prcticamentehasta triplicar la frecuencia de reloj de referencia de unprocesador de silicio. El lmite fsico del silicio es de 10GHz, mientras que el de otros materiales como el grafenopuede llegar a 1 THz[4]

7 Conexin con el exteriorEl microprocesador posee un arreglo de elementos met-licos que permiten la conexin elctrica entre el circuitointegrado que conforma el microprocesador y los circui-tos de la placa base. Dependiendo de la complejidad yde la potencia, un procesador puede tener desde 8 has-ta ms de 2000 elementos metlicos en la supercie desu empaque. El montaje del procesador se realiza con laayuda de un zcalo de CPU soldado sobre la placa base.Generalmente distinguimos tres tipos de conexin:

PGA: Pin Grid Array: La conexin se realiza me-diante pequeos alambres metlicos repartidos a lolargo de la base del procesador introducindose en la

Supercies de contacto en un procesador Intel para zcalo LGA775.

placa base mediante unos pequeos agujeros, al in-troducir el procesador, una palanca anclar los pinespara que haga buen contacto y no se suelten.

BGA: Ball Grid Array: La conexin se realiza me-diante bolas soldadas al procesador que hacen con-tacto con el zcalo

LGA: Land Grid Array: La conexin se realiza me-diante supercies de contacto lisas con pequeos pi-nes que incluye la placa base.

Entre las conexiones elctricas estn las de alimentacinelctrica de los circuitos dentro del empaque, las sea-les de reloj, seales relacionadas con datos, direccionesy control; estas funciones estn distribuidas en un esque-ma asociado al zcalo, de manera que varias referenciasde procesador y placas base son compatibles entre ellos,permitiendo distintas conguraciones.

7.1 Buses del procesadorTodos los procesadores poseen un bus principal o de sis-tema por el cual se envan y reciben todos los datos, ins-trucciones y direcciones desde los integrados del chipset odesde el resto de dispositivos. Como puente de conexinentre el procesador y el resto del sistema, dene muchodel rendimiento del sistema, su velocidad se mide en bitspor segundo.Ese bus puede ser implementado de distintas maneras,con el uso de buses seriales o paralelos y con distintostipos de seales elctricas. La forma ms antigua es elbus paralelo en el cual se denen lneas especializadas endatos, direcciones y para control.En la arquitectura tradicional de Intel (usada hasta mode-los recientes), ese bus se llama front-side bus y es de tipoparalelo con 64 lneas de datos, 32 de direcciones adems

14 10 REFERENCIAS

de mltiples lneas de control que permiten la transmisinde datos entre el procesador y el resto del sistema. Esteesquema se ha utilizado desde el primer procesador dela historia, con mejoras en la sealizacin que le permitefuncionar con relojes de 333 MHz haciendo 4 transferen-cias por ciclo.[5]

En algunos procesadores de AMD y en el Intel Core i7 sehan 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 unacantidad menor de lneas de comunicacin, permitiendofrecuencias de funcionamiento ms altas y en el caso deIntel, QuickpathLos microprocesadores de Intel y de AMD (desde an-tes) poseen adems un controlador de memoria de accesoaleatorio en el interior del encapsulado lo que hace nece-sario la implementacin de buses de memoria del proce-sador hacia los mdulos. Ese bus esta de acuerdo a losestndares DDR de JEDEC y consisten en lneas de busparalelo, para datos, direcciones y control. Dependiendode la cantidad de canales pueden existir de 1 a 4 buses dememoria.

8 Arquitecturas 65xx

MOS Technology 6502 Western Design Center 65xx

ARM Altera Nios, Nios II AVR (puramente microcontroladores) EISC RCA 1802 (aka RCA COSMAC, CDP1802) DEC Alpha Intel

Intel 4556, 4040 Intel 8970, 8085, Zilog Z80 Intel Itanium Intel i860 Intel i515

LatticeMico32 M32R MIPS Motorola

Motorola 6800

Motorola 6809 Motorola c115, ColdFire corelduo 15485 sewcret ranses 0.2457 Motorola 88000 (antecesor de la familia Po-werPC con el IBM POWER)

IBMPOWER (antecesor de la familia PowerPC conel Motorola 88000) Familia PowerPC, G3, G4, G5

NSC 320xx OpenRISC PA-RISC National Semiconductor SC/MP (scamp) Signetics 2650 SPARC SuperH family Transmeta Crusoe, Transmeta Eceon (arquitectu-ra VLIW, con emulador de la IA32 de 32-bit Intelx86)

INMOS Transputer x86

Intel 8086, 8088, 80186, 80188 (arquitecturax86 de 16-bit con slo modo real)

Intel 80286 (arquitectura x86 de 16-bit conmodo real y modo protegido)

IA-32 arquitectura x86 de 32-bits x86-64 arquitectura x86 de 64-bits

Cambridge Consultants XAP

9 Vase tambin

10 Referencias[1] The Intel 4004: A testimonial from Federico Faggin, its

designer, on the rst microprocessors thirtieth birthday.Faggins own 4004 website.

[2] Lista Top500 de noviembre de 2002. Top500.

[3] Molibdenita,. MuyComputer.com.

[4] http://www.profesorbot.com/curiosidad/nobel-de-fisica-grafeno/

[5] Core 2 Extreme: 3,66 GHz And FSB 1333 - ReviewToms Hardware : THG Tuning Test: Core 2 Extreme vs.Athlon 64 FX-62. Consultado el 2009.

15

11 Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobreMicroprocesador. Commons

Qu es un microprocesador? Video de Discovery Chanel sobre el montaje de mi-croprocesadores en Intel en YouTube

16 12 TEXTO E IMGENES DE ORIGEN, COLABORADORES Y LICENCIAS

12 Texto e imgenes de origen, colaboradores y licencias12.1 Texto

Microprocesador Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador?oldid=82722979 Colaboradores: Zeno Gantner, Centeno, Mac,PACO, Oblongo, Moriel, JorgeGG, Jouwiki, Wesisnay, Lourdes Cardenal, Hashar, Neumotoraxiv, Jcenteno, Angus, Keber~eswiki, Dodo,Crescent Moon, Triku, Sms, Truor, Avm, Tano4595, Murphy era un optimista, Robotito, Wricardoh, Dianai, DanielCardaci, JavierCantero,Pablomdo, Cinabrium, Almorca, WingMaster, Loco085, Atomo64, Baldur71, Balderai, NeoRazorX, Mnts, Renabot, Richy, FAR, Napo-len333, Reignerok, Guille.hoardings, Petronas, Hispa, Airunp, JMPerez, Edub, Yrithinnd, Taichi, Emijrp, Rembiapo pohyiete (bot), Ma-gister Mathematicae, Goofys, Josemanib, Murven, Alhen, Superzerocool, Chobot, Caiserbot, Yrbot, Baito, Nemo, BOT-Superzerocool,Torbellino, Varano, Vitamine, .Sergio, Laban~eswiki, Dangarcia, Wiki-Bot, Museo8bits, GermanX, Equi, The Photographer, Davidmh,Gothmog, Santiperez, Txo, HECTOR ARTURO AZUZ SANCHEZ, Kekkyojin, Docorreas, Ernesto Graf, Ppja, Maldoror, Grizzly Sigma,Haku, Er Komandante, Ciencia Al Poder, Cheveri, Tomatejc, Jarke, Siabef, Makahaxi, The worst user, Boja, Usrwp, Pitzyper, Axxgreazz,Jorgechp, BOTpolicia, l, Qwertyytrewqqwerty, CEM-bot, Solracnauj17, Laura Fiorucci, Spazer, Lfalonso, El dva, Xexito, Dani7, Maria-nov, Retama, Pacostein, Baiji, Bostok I, Roberpl, CERVANTES JACP, Antur, Jjafjjaf, Germo, Gafotas, Montgomery, Ggenellina, Resped,Thijs!bot, DFTDER, Alvaro qc, Palpo, Juliocanelon, Roberto Fiadone, Diosa, Escarbot, RoyFocker, LMLM, Botones, Isha, Egaida, Atar-decere, Chuck es dios, Hanjin, Dogor, JAnDbot, Jugones55, Poc-oban, VanKleinen, Kved, Eduard Sol~eswiki, Mansoncc, Alfambra,Alejandroalfonzo01, Muro de Aguas, Alvajandro, Limbo@MX, Xavigivax, Zufs, CommonsDelinker, Hidoy kukyo, Juckar, NaBUru38,Sergiosh, Gath~eswiki, Elisardojm, Humberto, Netito777, Ale ashero, Nioger, Plux, Enrique r25, Biasoli, Snakeeater, Cinevoro, Volkov-Bot, Francof2a, Technopat, Jose gueredo, Queninosta, Pablo Paredes N., Josell2, Matdrodes, Elabra sanchez, Synthebot, DJ Nietzsche,BlackBeast, Shooke, Lucien leGrey, Diego Lpez, Muro Bot, Edmenb, Komputisto, Bucho, Dgarcia29, Srbanana, Mjollnir1984, Sealight,SieBot, Madgener, Loveless, Carmin, Cobalttempest, Brian Clough, Chrihern, Drinibot, Faq95, Mel 23, Htoscani, OboeCrack, Fcosegura,Manw, Ugly, Correogsk, Lobo, Espilas, BuenaGente, Mafores, Chico512, Yonseca, Tirithel, Mutari, Jarisleif, Javierito92, Canaan, HUB,Antn Francho, Alfonsoalejandre, FCPB, McMalamute, Makete, Eduardosalg, Fanattiq, Leonpolanco, Furti, 789456123oi, Descansatore,Petruss, Walter closser, Vctor Barbero, Poco a poco, Emillan, Rge, Hamlet s21, Sethi, Raulshc, Aipni-Lovrij, Camilo, UA31, Shalbat,SergioN, Taty2007, AVBOT, DayL6, David0811, Dermot, A ver, MastiBot, MarcoAurelio, Diegusjaimes, Monzon lopez, Lasusirexu-la, Sebasweee, CarsracBot, Arjuno3, Andreasmperu, Luckas-bot, Jdjim r, Ramon00, Spirit-Black-Wikipedista, Ptbotgourou, Jotterbot,Vic Fede, CEROZzZ, Euskal Hooligan, Rentecor, B-real, Guericho, Mcapdevila, Nixn, AndyFG, Pato javier, Hector dd, Roninparable,SuperBraulio13, Ortisa, Manuelt15, Xqbot, Jkbw, GNM, SassoBot, Dossier2, Heriotza, Ricardogpn, Morenolcersone, Voltan123, Igna, To-rrente, Botarel, Pyr0, Zarakill, RubiksMaster110, Edeldir, Imapix, Alexhivida, ManuBOT15, BOTirithel, Hprmedina, Linux65, Blacki4,Halfdrag, Kizar, Jsisiruca25, Sermed, Leugim1972, TorQue Astur, Paulker, PatruBOT, CVBOT, KamikazeBot, Dinamik-bot, Angelito7,Josneg67, Humbefa, Blk077, Foundling, Wikilptico, Miss Manzana, Axvolution, Edslov, Camilop21, Afrasiab, EmausBot, Savh, AVIA-DOR, HRoestBot, ChessBOT, Allforrous, Sergio Andres Segovia, Africanus, Alrik, Grillitus, Rubpe19, Fanciss, MercurioMT, Rasec 1991,Jcaraballo, Lucasjk23, Dj draimon, Waka Waka, Tokvo, Felipefranco, Antonorsi, SaeedVilla, MerlIwBot, KLBot2, Thehelpfulbot, Mateo-mauroseba, Vagobot, Sebrev, Travelour, Gins90, Invadibot, Gohst~eswiki, Migueunicaja, Sergio ed, Jacb667, Eva76, Gusama Romero,Yoyo25, Carliitaeliza, Harpagornis, Jose-mola-1-1-1-1, Elvisor, DLeandroc, Helmy oved, Soadfacu, EduLeo, Galletita63, Baute2010, Ber-to168, Legobot, Leitoxx, RareCandy, VlassWik, Candon777, Harlem Style, Ivanretro, Sonia ccayo de la cruz, ThiareMarieB., ConnieGB,Cesar.valenzuelar, Danimadrid7, Lagoset, Keyvin Perez, Gerardo.vasqueza1, Jarould, Egis57, Phydalgo, Crystallizedcarbon, Holaconh,Josecarlosibarra, Mayracb, Gatusa1123, Dewmart y Annimos: 1166

12.2 Imgenes Archivo:80486dx2-large.jpg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/80486dx2-large.jpg Licencia: CC-BY-SA-

3.0 Colaboradores: ? Artista original: ? Archivo:AMD_K6-166ALR.jpg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/AMD_K6-166ALR.jpg Licencia: CC-

BY-SA-3.0 Colaboradores: ? Artista original: ? Archivo:AMD_X2_3600.jpg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/AMD_X2_3600.jpg Licencia: GFDL 1.2

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Coppermine-128_600.jpg Licencia: CC BY-SA 2.5 Colaboradores: ? Artista original: ? Archivo:Commons-logo.svg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4a/Commons-logo.svg Licencia: Public domain

Colaboradores: This version created by Pumbaa, using a proper partial circle and SVG geometry features. (Former versions used to be slightlywarped.) Artista original: SVG version was created by User:Grunt and cleaned up by 3247, based on the earlier PNG version, created byReidab.

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12.3 Licencia de contenido 17

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Archivo:Pentium3processor.jpg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Pentium3processor.jpg Licencia: Pu-blic domain Colaboradores: ? Artista original: ?

Archivo:Pentium_II_front.jpg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/af/Pentium_II_front.jpg Licencia: Publicdomain Colaboradores: ? Artista original: ?

Archivo:Pentiumpro_moshen.jpgFuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ef/Pentiumpro_moshen.jpgLicencia:CCBY-SA 2.5 Colaboradores: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pentiumpro_moshen.jpg Artista original: Moshen

Archivo:SiliconCroda.jpg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/SiliconCroda.jpg Licencia: Public domain Co-laboradores: Transferred from en.wikipedia Artista original: Original uploader was Enricoros at en.wikipedia

Archivo:XPC7450.jpg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/XPC7450.jpg Licencia: Public domain Colabora-dores: Trabajo propio Artista original: Henrik Wannheden

12.3 Licencia de contenido Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0

Historia de los microprocesadores La evolucin del microprocesador Historia

Funcionamiento Rendimiento Arquitectura Fabricacin Procesadores de silicio Otros materiales

Empaquetado Disipacin de calor

Conexin con el exterior Buses del procesador

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