Micro-Procesadores

Microprocesador

Microchip más importante en una computadora, es considerado el cerebro de una computadora. Está constituido por millones de transistores integrados. Este dispositivo se ubica en un zócaloplaca madre y dispone de un sistema de enfriamiento (generalmente un ventilador).
Lógicamente funciona como la unidad central de procesos (CPU), que está constituida por registros, la unidad de control y la unidad aritmético-lógica. En el microprocesador se procesan todas las acciones de la computadora.
Su "velocidad" es medida por la cantidad de operaciones por segundo que puede realizar: la frecuencia de reloj. La frecuencia de reloj se mide en MHz (megahertz) o gigahertz (GHz).
También dispone de una memoria caché (medida en kilobytes), y un ancho de bus (medido en bits).El primer microprocesador comercial fue el Intel 4004, presentado el 15 de noviembre de 1971. Actualmente las velocidad de procesamiento son miles de veces más grandes que los primeros microprocesadores. También comienzan a integrarse múltiples procesadores para ampliar la capacidad de procesamiento. Se estima que para 2010 vendrán integrados hasta 80 núcleos en un microprocesador, son llamados procesadores multi-core.

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Historia de los primeros microprocesadores

Han pasado más de 25 años desde que Intel diseñara el primer microprocesador, siendo la compañía pionera en el campo de la fabricación de estos productos, y que actualmente cuenta con más del 90 por ciento del mercado. Un tiempo en el que todo ha cambiado enormemente, y en el que desde aquel 4004 hasta el actual Pentium II hemos visto pasar varias generaciones de máquinas que nos han entretenido y nos han ayudado en el trabajo diario.

Dicen que es natural en el ser humano querer mirar constantemente hacia el futuro, buscando información de hacia dónde vamos, en lugar de en dónde hemos estado. Por ello, no podemos menos que asombrarnos de las previsiones que los científicos barajan para dentro de unos quince años. Según el Dr. Albert Yu, vicepresidente de Intel y responsable del desarrollo de los procesadores desde el año 1984, para el año 2011 utilizaremos procesadores cuyo reloj irá a una velocidad de 10 GHz (10.000 MHz), contendrán mil millones de transistores y será capaz de procesar cerca de 100 mil millones de instrucciones por segundo. Un futuro prometedor, que permitirá realizar tareas nunca antes pensadas.

Los inicios

Sin embargo, para que esto llegue, la historia de los procesadores ha pasado por diferentes situaciones, siguiendo la lógica evolución de este mundo. Desde aquel primer procesador 4004 del año 1971 hasta el actual Pentium II del presente año ha llovido mucho en el campo de los procesadores. Tanto, que no estamos seguros si las cifras que se barajan en Intel se pueden, incluso, quedar cortas. Aquel primer procesador 4004, presentado en el mercado el día 15 de noviembre de 1971, poseía unas características únicas para su tiempo. Para empezar, la velocidad de reloj sobrepasaba por poco los 100 KHz (sí, habéis leído bien, kilohertzios), disponía de un ancho de bus de 4 bits y podía manejar un máximo de 640 bytes de memoria. Realmente una auténtica joya que para entonces podía realizar gran cantidad de tareas, pero que por desgracia no tiene punto de comparación con los actuales micros. Entre sus aplicaciones, podemos destacar su presencia en la calculadora Busicom, así como dotar de los primeros tintes de inteligencia a objetos inanimados.

Poco tiempo después, sin embargo, el 1 de abril de 1972, Intel anunciaba una versión mejorada de su procesador. Se trataba del 8008, que contaba como principal novedad con un bus de 8 bits, y la memoria direccionable se ampliaba a los 16 Kb. Además, llegaba a la cifra de los 3500 transistores, casi el doble que su predecesor, y se le puede considerar como el antecedente del procesador que serviría de corazón al primer ordenador personal. Justo dos años después, Intel anunciaba ese tan esperado primer ordenador personal, de nombre Altair, cuyo nombre proviene de un destino de la nave Enterprise en uno de los capítulos de la popular serie de televisión Star Trek la semana en la que se creó el ordenador. Este ordenador tenía un coste de entorno a los 400 dólares de la época, y el procesador suponía multiplicar por 10 el rendimiento del anterior, gracias a sus 2 MHz de velocidad (por primera vez se utiliza esta medida), con una memoria de 64 Kb. En unos meses, logró vender decenas de miles de unidades, en lo que suponía la aparición del primer ordenador que la gente podía comprar, y no ya simplemente utilizar.

La introducción de IBM

Sin embargo, como todos sabemos, el ordenador personal no pasó a ser tal hasta la aparición de IBM, el gigante azul, en el mercado. Algo que sucedió en dos ocasiones en los meses de junio de 1978 y de 1979. Fechas en las que respectivamente, hacían su aparición los microprocesadores 8086 y 8088, que pasaron a formar el denominado IBM PC, que vendió millones de unidades de ordenadores de sobremesa a lo largo y ancho del mundo. El éxito fue tal, que Intel fue nombrada por la revista "Fortune" como uno de los mejores negocios de los años setenta. De los dos procesadores, el más potente era el 8086, con un bus de 16 bits (por fin), velocidades de reloj de 5, 8 y 10 MHz, 29000 transistores usando la tecnología de 3 micras y hasta un máximo de 1 Mega de memoria direccionable. El rendimiento se había vuelto a multiplicar por 10 con respecto a su antecesor, lo que suponía un auténtico avance en lo que al mundo de la informática se refiere. En cuanto al procesador 8088, era exactamente igual a éste, salvo la diferencia de que poseía un bus de 8 bits en lugar de uno de 16, siendo más barato y obteniendo mejor respaldo en el mercado.

En el año 1982, concretamente el 1 de febrero, Intel daba un nuevo vuelco a la industria con la aparición de los primeros 80286. Como principal novedad, cabe destacar el hecho de que por fin se podía utilizar la denominada memoria virtual, que en el caso del 286 podía llegar hasta 1 Giga. También hay que contar con el hecho de que el tiempo pasado había permitido a los ingenieros de Intel investigar más a fondo en este campo, movidos sin duda por el gran éxito de ventas de los anteriores micros. Ello se tradujo en un bus de 16 bits, 134000 transistores usando una tecnología de 1.5 micras, un máximo de memoria direccionable de 16 Megas y unas velocidades de reloj de 8, 10 y 12 MHz. En términos de rendimiento, podíamos decir que se había multiplicado entre tres y seis veces la capacidad del 8086, y suponía el primer ordenador que no fabricaba IBM en exclusiva, sino que otras muchas compañías, alentadas por los éxitos del pasado, se decidieron a crear sus propias máquinas. Como dato curioso, baste mencionar el hecho de que en torno a los seis años que se le concede de vida útil, hay una estimación que apunta a que se colocaron en torno a los 15 millones de ordenadores en todo el mundo.

Microsoft también juega

El año de 1985 es clave en la historia de los procesadores. El 17 de octubre Intel anunciaba la aparición del procesador 80386DX, el primero en poseer una arquitectura de 32 bits, lo que suponía una velocidad a la hora de procesar las instrucciones realmente importante con respecto a su antecesor. Dicho procesador contenía en su interior en torno a los 275000 transistores, más de 100 veces los que tenía el primer 4004 después de tan sólo 14 años. El reloj llegaba ya hasta un máximo de 33 MHz, y era capaz de direccionar 4 Gigas de memoria, tamaño que todavía no se ha superado por otro procesador de Intel dedicado al mercado doméstico. En 1988, Intel desarrollaba un poco tarde un sistema sencillo de actualizar los antiguos 286 gracias a la aparición del 80386SX, que sacrificaba el bus de datos para dejarlo en uno de 16 bits, pero a menor coste. Estos procesadores irrumpieron con la explosión del entorno gráfico Windows, desarrollado por Microsoft unos años antes, pero que no había tenido la suficiente aceptación por parte de los usuarios. También había habido algunos entornos que no habían funcionado mal del todo, como por ejemplo el Gem 3, pero no es hasta este momento cuando este tipo de entornos de trabajo se popularizan, facilitando la tarea de enfrentarse a un ordenador, que por aquel entonces sólo conocíamos unos pocos. Windows vino a ser un soplo de aire fresco para la industria, pues permitió que personas de cualquier condición pudiera manejar un ordenador con unos requerimientos mínimos de informática.

Y si esto parecía la revolución, no tuvimos que esperar mucho para que el 10 de abril de 1989 apareciera el Intel 80486DX, de nuevo con tecnología de 32 bits y como novedades principales, la incorporación del caché de nivel 1 (L1) en el propio chip, lo que aceleraba enormemente la transferencia de datos de este caché al procesador, así como la aparición del co-procesador matemático, también integrado en el procesador, dejando por tanto de ser una opción como lo era en los anteriores 80386. Dos cambios que unido al hecho de que por primera vez se sobrepasaban el millón de transistores usando la tecnología de una micra (aunque en la versión de este procesador que iba a 50 MHz se usó ya la tecnología .8 micras), hacía posible la aparición de programas de calidad sorprendente, entre los que los juegos ocupan un lugar destacado. Se había pasado de unos ordenadores en los que prácticamente cualquier tarea compleja requería del intérprete de comandos de MS-DOS para poder ser realizada, a otros en los que con mover el cursor y pinchar en la opción deseada simplificaba en buena medida las tareas más comunes. Por su parte, Intel volvió a realizar, por última vez hasta el momento, una versión de este procesador dos años después. Se trataba del 80486SX, idéntico a su hermano mayor salvo que no disponía del famoso co-procesador matemático incorporado, lo que suponía una reducción del coste para aquellas personas que desearan introducirse en el segmento sin necesidad de pagar una suma elevada.

Llega el Pentium

Sin embargo, Intel no se quedó contemplando la gran obra que había creado, y rápidamente anunció que en breve estaría en la calle una nueva gama de procesadores que multiplicaría de forma general por cinco los rendimientos medios de los 80486. Se trataba de los Pentium, conocidos por P5 en el mundillo de la informática mientras se estaban desarrollando, y de los que la prensa de medio mundo auguraba un gran futuro, tal y como así ha sido. Estos procesadores pasarán a la historia por ser los primeros a los que Intel no los bautizó con un número, y sí con una palabra. Esto era debido a que otras compañías dedicadas a la producción de procesadores estaban utilizando los mismos nombres puesto que no se podía registrar una cadena de ellos como marca, y por lo tanto, eran de dominio público. De modo que a Intel no le quedó más remedio que ponerle una palabra a su familia de procesadores, que además, con el paso del tiempo, se popularizó en los Estados Unidos de tal forma, que era identificada con velocidad y potencia en numerosos cómics y programas de televisión. Estos procesadores que partían de una velocidad inicial de 60 MHz, han llegado hasta los 200 MHz, algo que nadie había sido capaz de augurar unos años antes.

Con una arquitectura real de 32 bits, se usaba de nuevo la tecnología de .8 micras, con lo que se lograba realizar más unidades en menos espacio (ver recuadro explicativo). Los resultados no se hicieron esperar, y las compañías empezaron aunque de forma tímida a lanzar programas y juegos exclusivamente para el Pentium, hasta el punto que en este momento quien no posea un procesador de este tipo, está seriamente atrasado y no puede trabajar con garantías con los programas que actualmente hay en el mercado. Algo que ha venido a demostrar la aparición del nuevo sistema operativo de Microsoft Windows 95, que aunque funciona en equipos dotados de un procesador 486, lo hace sin sacar el máximo partido de sus funciones.

Pentium Pro y Pentium II

La aparición, el 27 de marzo de 1995, del procesador Pentium Pro supuso para los servidores de red y las estaciones de trabajo un aire nuevo, tal y como ocurriera con el Pentium en el ámbito doméstico. La potencia de este nuevo procesador no tenía comparación hasta entonces, gracias a la arquitectura de 64 bits y el empleo de una tecnología revolucionaria como es la de .32 micras, lo que permitía la inclusión de cinco millones y medio de transistores en su interior. El procesador contaba con un segundo chip en el mismo encapsulado, que se encargaba de mejorar la velocidad de la memoria caché, lo que resultaba en un incremento del rendimiento sustancioso. Las frecuencias de reloj se mantenían como límite por arriba en 200 MHz, partiendo de un mínimo de 150 MHz. Un procesador que en principio no tiene muchos visos de saltar al mercado doméstico, puesto que los procesadores Pentium MMX parecen cubrir de momento todas las necesidades en este campo. No podemos asegurar que en un futuro cercano esto no acabe ocurriendo, pues en el mundo de la informática han sucedido las cosas más extrañas, y nunca se sabe por dónde puede tirar un mercado en constante evolución.

Una evolución que demostró Intel hace muy poco con un nuevo procesador, denominado Pentium II, que viene a ser simplemente un nuevo ingenio que suma las tecnologías del Pentium Pro con el MMX. Como resultado, el Pentium II es el procesador más rápido de cuantos ha comercializado Intel. Por el momento únicamente se dispone de las versiones a 233 y 266 MHz, pero después de este verano podremos disfrutar de la versión de 300 MHz, que supondrá un nuevo récord de velocidad de reloj. El Pentium II, cuyas características fueron tratadas con detalle en el artículo de portada del pasado mes de la revista, es hoy (por poco tiempo) el extremo de la cadena evolutiva de Intel.

El futuro de los microprocesadores

La evolución que están sufriendo los procesadores es algo que no parece escapar a la atención de millones de personas, cuyo trabajo depende de hasta dónde sean capaces de llegar los ingenieros de Intel a la hora de desarrollar nuevos chips. El último paso conocido ha sido la implementación de la nueva arquitectura de 0.25 micras, que viene a sustituir de forma rotunda la empleada hasta el momento, de 0.35 micras en los últimos modelos de procesador. Esto va a significar varias cosas en un futuro no muy lejano. Para empezar, la velocidad se incrementará una media del 33 por ciento con respecto a la generación de anterior. Es decir, el mismo procesador usando esta nueva tecnología puede ir un 33 por ciento más rápido que el anterior. Para que os podáis hacer una idea del tamaño de esta tecnología, deciros que el valor de 0.25 micras es unas 400 veces más pequeño que un pelo de cualquier persona. Y este tamaño es el que tienen los transistores que componen el procesador. El transistor, como muchos sabréis, permite el paso de la corriente eléctrica, de modo que en función de en qué transistores haya corriente, el ordenador realiza las cosas (esto es una simplificación de la realidad, pero se ajusta a ella más o menos). Dicha corriente eléctrica circula entre dos puntos, de modo que cuanto menor sea esta distancia, más cantidad de veces podrá pasar pues el tiempo de paso es menor. Aunque estamos hablando de millonésimas de segundo, tened en cuenta que un procesador está trabajando continuamente, de modo que ese tiempo que parece insignificante cuando es sumado a lo largo de las miles de millones de instrucciones que realizar, nos puede dar una cantidad de tiempo bastante importante. De modo que la tecnología que se utilice puede dar resultados totalmente distintos incluso utilizando el mismo procesador. Por el momento, en un futuro cercano además de contar con la arquitectura de 0.25 micras, podremos disfrutar de duna de 0.07 para el año 2011, lo que supondrá la introducción en el procesador de mil millones de transistores y alcanzando una velocidad de reloj cercana a los 10000 MHz, es decir, 10 GHz.

La tecnología MMX

Aunque no podamos considerar la tecnología MMX como un procesador en sí mismo, sería injusto no hablar de ella en un informe como éste. Es uno de los mayores pasos que ha dado Intel en la presente década, y según ellos mismos, todos los procesadores que fabriquen a partir de mediados del próximo año llevarán incorporada esta arquitectura. Para su desarrollo se analizaron un amplio rango de programas para determinar el funcionamiento de diferentes tareas: algoritmos de descompresión de vídeo, audio o gráficos, formas de reconocimiento del habla o proceso de imágenes, etc. El análisis dio como resultado que numerosos algoritmos usaban ciclos repetitivos que ocupaban menos del 10% del código del programa, pero que en la práctica suponían el 90% del tiempo de ejecución. De modo que nació la tecnología MMX, compuesta por 57 instrucciones y 4 tipos de datos nuevos, que se encargan de realizar esos trabajos cíclicos consumiendo mucho menos tiempo de ejecución. Antes, para manipular 8 bytes de datos gráficos requería 8 repeticiones de la misma instrucción; ahora, con la nueva tecnología, se puede utilizar una única instrucción aplicada a los 8 bytes simultáneamente, obteniendo de este modo un incremento del rendimiento de 8x.