NÚCLEO “FABRICIO OJEDA” BOCONÓ
PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN INFORMATICA
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
EVOLUCIÓN DEL MICROPROCESADOR
AUTOR:
Fredy Rivera: 4.961.901
Boconó, JUNIO de 2016
EVOLUCIÓN DEL MICROPROCESADOR
(FREDY RIVERA)
Antes de presentar cómo ha evolucionado el microprocesador es necesario
decir algunas cosas sobre el mismo para entender en qué aspectos se basa su evolución.
El microprocesador, llamado también el o la CPU (Unidad Central de Procesamiento),
es considerado el corazón de la computadora. En sí es un microchip (tipo de
componente electrónico), compuesto por millones de transistores que ejecutan la(s)
tarea(s) encomendada(s). Su función principal es la procesar los datos con los que
trabaja la computadora mediante las instrucciones dadas, a partir de la lectura y
ejecución paso a paso de las órdenes escritas o programadas por diseñador o
programador del sistema.
Es uno de los dispositivos más importantes de la computadora y del que depende
en gran medida su funcionamiento y desempeño (capacidad y velocidad). A
continuación se describe de manera general cada uno de estos atributos. Entre sus
componentes más importantes están: unidad de control (a su vez el cerebro del
microprocesador), el coprocesador matemático (Unidad lógico-aritmética o Unidad de
Cálculo de coma flotante), registros internos (memoria caché), buses internos e
interrupciones.
La velocidad de un microprocesador se mide en Hertz o Hertzios (Hz) Megahertz
(106 MHz) o Gigahertz (109 GHz). Como cada vez es más difícil diseñar componentes
electrónicos para las velocidades de los actuales micros, éstos en la actualidad
funcionan con dos velocidades: Una velocidad interna (funcionamiento interno del
micro: 450 MHz, 900MHz, 3,6 GHz, o de 4 GHz del microprocesador de INTEL i76700k)
y una velocidad externa o del bus (canal de comunicación), o sea, la velocidad a la que
se comunica el micro con la placa base, todo ello con la finalidad de realizar las tareas
en menor tiempo posible.
El funcionamiento es el siguiente:
1. El microprocesador, al iniciarse, como todos los sistemas secuenciales, se
ubicará en una posición de memoria definida, desde donde empieza el proceso.
2. El sistema lee el o los datos que hay en esa posición y lo(s) envía a la Unidad
de Control.
3. La Unidad de Control decodifica la instrucción u orden y la ejecuta dando las
señales adecuadas.
4. El contador de programa, llamado también puntero de instrucciones (registro
interno que señala la posición donde está el procesador en su secuencia de
instrucciones o la dirección de la próxima instrucción a ser ejecutada), se
incrementa (se inicia) automáticamente.
5. Y se vuelve a repetir el procedimiento desde el punto 2 sucesivamente hasta
una señal externa interrumpa el proceso.
El primer microprocesador diseñado (1971-72) con propósitos comerciales
(fabricado para una empresa japonesa “Busicom”) que se conoce es el Intel
4004 (i4004), fabricado por Intel Corporation, el cual era (es, aunque existe como
pieza de museo o
Intel 4004
El mismo micro pero insertado en la placa electrónica
colección) un microprocesador CPU de 4 bits diseñado en solo chip (circuito integrado),
pues aproximadamente al mismo tiempo (1970) , pero con propósitos militares fue
diseñado el MOS-LSI chipset para la computadora CADC (la cual tenía la función de
controlar las superficies móviles y el monitor con la información de pilotaje) del avión
F-14 “Tomcat” de la Fuerza Aérea Estadounidense.
The F-14 “Tomcat” First Microprocesor was desgned and developed Fromm 1968-
1970 (http://www.firstmicroprocessor.com/)
El 4004 de la INTEL contenía 2.300 transistores MOS (metal-oxide-semiconductor)
de canal P de 10 micrones, direccionaba 32768 bits de ROM, 5120 bits de RAM y con
posibilidad de direccionar 16 puertos de entrada y otros de salida (todos de 4 bits), con
un ciclo de instrucción de 10,8 microsegundos, lo que derivaba en la ejecución de
60.000 instrucciones por segundo, aproximadamente.
http://www2.udec.cl/~gonzaloneira/cyp/intel.htm.
Además de esas características, este microprocesador tenía una velocidad máxima
del reloj de 740 KHz, usaba Arquitectura Harvard (almacenamiento separado de
programas y datos) y usaba un bus de 4 bits multiplexado para transferir. https://es.wikipedia.org/wiki/Intel_4004.
Actualmente, los microprocesadores más sofisticados (8ª generación) los fabrica
INTEL. Los procesadores PCIntel® Core ™ i7 ofrecen una nueva modalidad de
computación para dispositivos de escritorio, laptops. La tecnología Hyperthreading
(Hiperhilo) permite que cada núcleo del procesador trabaje en dos tareas al mismo
tiempo lo que redunda obviamente en mayor velocidad y menor tiempo en la ejecución
de las tareas asignadas, en otras palabras, permite a los programas preparados para
ejecutar múltiples hilos, procesarlos en paralelo dentro de un solo procesador,
aumentando así el uso de unidades de ejecución del procesador, es decir, mejoras en el
rendimiento del microprocesador, lo que se traduce en un aumento del 60% de
velocidad de ejecución (https://es.wikipedia.org/wiki/HyperThreading)
El procesador Intel® Core™ i7-6700T (8M Cache, hasta 3.60 GHz), para
computadora de escritorio tiene las siguientes características:
Especificaciones fundamentales
Número de procesador i7-6700T
Caché 8 MB SmartCache
Velocidad del bus 8 GT/s DMI3
Conjunto de instrucciones 64-bit
Extensiones de conjunto de instrucciones SSE4.1/4.2, AVX 2.0
Litografía 14 nm
Escalabilidad 1S Only
Especificación de solución térmica PCG 2015A (35W)
Precio de cliente recomendado $303.00
Desempeño
Cantidad de núcleos 4
Cantidad de subprocesos 8
Frecuencia básica del procesador 2.8 GHz
Frecuencia turbo máxima 3.6 GHz
TDP 35 W
Para la computadora portátil, las características son las siguientes:
Especificaciones
Número de procesador i7-6700K
Caché 8 MB SmartCache
Velocidad del bus 8 GT/s DMI3
Cantidad de enlaces QPI 0
Conjunto de instrucciones 64-bit
Extensiones de conjunto de instrucciones SSE4.1/4.2, AVX 2.0
Litografía 14 nm
Escalabilidad 1S Only
Especificación de solución térmica PCG 2015D (130W)
Precio de cliente recomendado $339.00 - $350.00
Cantidad de núcleos 4
Cantidad de subprocesos 8
Frecuencia básica del procesador 4 GHz
Especificaciones de memoria
Tamaño de memoria máximo (depende del tipo de memoria)
64 GB
Tipos de memoria DDR4-1866/2133, DDR3L-
1333/1600 @ 1.35V
Cantidad máxima de canales de memoria 2
Máximo de ancho de banda de memoria 34,1 GB/s
Frecuencia turbo máxima 4.2 GHz
TDP 91 W
Tamaño de memoria máximo (depende del tipo de memoria)
64 GB
Tipos de memoria DDR4-1866/2133, DDR3L-1333/1600 @ 1.35V
Cantidad máxima de canales de memoria 2
Máximo de ancho de banda de memoria 34,1 GB/s
Cantidad máxima de canales de memoria 2
En una manera más resumida, los microprocesadores actuales tienen estas
características:
El primer microprocesador fue el Intel 4004, [2] producido en 1971. Se desarrolló originalmente
para una calculadora y resultó revolucionario para su época. Contenía 2300 transistores, era un
microprocesador de arquitectura de 4 bits que podía realizar hasta 60000 operaciones por segundo
trabajando a una frecuencia de reloj de alrededor de 700 kHz.
Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores, trabajan
en arquitecturas de 64 bits, integran más de 700 millones de transistores, como es en el caso de las
serie Core i7, y pueden operar a frecuencias normales algo superiores a los 3 GHz (3000 MHz).
A continuación se presenta una comparación de extremos (años 1971/2-2016) con algunas
características básicas sobre las cuales se ha producido la evolución de los procesadores.
Año 1972 2016
Dispositivo Calculadora Computadora
#Transistores 2.300 transistores 7x 106 transistores
# Bits 4 bits 64 bits
Operaciones por segundo o/s 6x 103 o/s 257x 106 o/s
Frecuencia 700 kHz - 3 GHz = 3x 106 kHz
Miniaturización 10 µm 10 nm
Hasta los primeros años de la década de 1970 los diferentes componentes electrónicos que
formaban un procesador no podían ser un único circuito integrado, era necesario utilizar dos o tres
“chips” para hacer una CPU. Uno era el "ALU" - Arithmetical Logic Unit, el otro la " control Unit", el
otro el " Register Bank", etc.). En 1971 la compañía Intel consiguió por primera vez poner todos los
transistores que constituían un procesador sobre un único circuito integrado, el“4004 "', nacía el
microprocesador.
A continuación se presenta, para finalizar esta evolución de microprocesadores), la
evolución de los microprocesadores ubicados por generación y señalando los aspectos mejorados,
según Ojeda Reyes (
http://serdis.dis.ulpgc.es/~iipint/Recursos/otros/Trabajos1/Procesadores%20Generaci%C3%B3n%
20%20-%20OjedaReyes_Aaron/Generaciones_procesadores.pdf).
PRIMERA GENERACIÓN
Aspectos generales
- Número de bits: 16
- Integración de soportes hardware
- Velocidad de ejecución: 12 ciclos
SEGUNDA GENERACIÓN
- Velocidad de ejecución: 4,5 ciclos
- + modos de operación (real y protegido)
- Soportes para varios programas (multiprogramas)
- Mejora en el cálculo de operaciones matemáticas
-
TERCERA GENERACIÓN (Intel 386)
- Manejo de operaciones de 32 bits
- Mayor velocidad de ejecución de tareas: 16-33MHz (INTEL) y AMD Y Cyrix: 40MHz
- Sistema Operativo multitareas
- Más dispositivos de software adicionado (modos virtual y real)
- Nueva unidad de direccionamiento o gestión de memoria
- Capacidad para cambiar de modo protegido a real y viceversa, sin resetear
- Mayor cantidad de transistores: 275.000-855.000
- Menor consumo de energía al usar tecnología CMOS
- Operación en sistemas portátiles
- Inclusión de modos de hibernación para el consumo de energía
- Frecuencia de reloj de 25MHz
CUARTA GENERACIÓN (INTEL 486)
- Duplicación del rendimiento
- Reducción del tiempo de ejecución a 2 ciclos
- Adición de memoria caché interna de nivel 1
- Integración de coprocesador matemático que du/triplica el rendimiento del 386 externo
- Mayor rango de velocidad: 16-133 MHZ
- Mayor número de transistores integrados: 1,2 x 106
- Capacidad para direccionar mayor cantidad de bits de memoria (física y virtual)
- Funcionamiento en más modos de operación (tres)
- Inclusión de overdrive (Doble velocidad)
QUINTA GENERACIÓN (Pentium P5)
- Capacidad para ejecutar dos o más instrucciones a la vez
- Bus de direccionamiento mayor
- Separación de memorias cachés
- Mayor rango de velocidad: 60-200 MHz
- Tamaño del microprocesador: 0,6 micras
- Capacidad para du/triplicar la velocidad de reloj
- Incorporación de tecnología MMX para mejorar la gestión de aplicaciones multimedia
(Video, audio y gráficos)
SEXTA GENERACIÓN (INTEL P6, PENTIUM POR, II, III)
- Arquitectura superescalar m(dos unidades de ejecución trabajan en paralelo)
- Ejecución dinámica (capacidad del mico para ejecutar más instrucciones en paralelo)
- Bus dual independiente para acelerar el trabajo de las memorias caché
- Cambio de instrucciones RISC por CISC para facilitar el trabajo en paralelo
- Mayor número de unidades de instrucciones (de 6 en adelante)
- Mayor número de transistores: de 5,5 a 7,5x 106
- Mayor frecuencia de reloj: 450 MHz- 1,4 GHz
- La velocidad de la memoria caché nivel dos podía ser mayor que la del microprocesador
SEPTIMA GENERACIÓN (INTEL PENTIUM 4)
- Velocidad de ejecución: 1,3 a 3,8 GHz
- Mayor número de transistores: 48-135 x 106
- Capacidad para la predicción de saltos
- Incorporación de varios estados de bajo consumo de energía
- Las dos Unidades Lógico-aritméticas pueden ir al doble de velocidad que el
microprocesador.
- Mayor aplicación para videojuegos
OCTAVA GENERACIÓN
- Número de bits: 64
- Tres niveles de memoria caché integradas
- Mayor número de transistores incorporados: 592 x 106
- Presencia de doble núcleo (dos núcleos de procesador en un mismo micro, lo que
equivale a tener un computador con varios microprocesadores)
Como puede verse a través de esta secuencia de procesadores a partir de las generaciones
señaladas, la evolución de los microprocesadores ha ocurrido con base en las mejoras de
funcionalidad (de monofuncionalidad a mutifuncionalidad), de velocidad de ejecución de las tareas,
de mayor a menor consumo de energía, de menor a mayor operatividad en diferentes ámbitos
(escritorio, servidor, estación de trabajo, internet, portátil). Todo ello a partir de una integración de
unidades o dispositivos de hardware (registros, cachés, transistores, unidades de ejecución, entre
otros) cada vez mayor y también de un miniaturización del tamaño del microprocesador.
http://www2.udec.cl/~gonzaloneira/cyp/intel.htm
https://es.scribd.com/doc/81517654/Componentes-Del-Microprocesador
http://ark.intel.com/es/products/88195/Intel-Core-i7-6700K-Processor-8M-Cache-up-to-4_20-
GHz?_ga=1.211098389.1690997934.1465828899
https://es.wikipedia.org/wiki/Intel_4004
http://serdis.dis.ulpgc.es/~ii-
pint/Recursos/otros/Trabajos1/Procesadores%20Generaci%C3%B3n%20%20-
%20OjedaReyes_Aaron/Generaciones_procesadores.pdf
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