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