Monday, June 04, 2007

Parte 5 Historia de la COMPUTACION


12. Microprocesadores

Es el cerebro del ordenador. Se encarga de realizar todas las operaciones de cálculo y de controlar lo que pasa en el ordenador recibiendo información y dando órdenes para que los demás elementos trabajen. En los equipos actuales se habla fundamentalmente de los procesadores Pentium4 de Intel y Athlon XP de AMD. Además, están muy extendidos procesadores no tan novedosos, como los Pentium MMX y Pentium II/III de Intel y los chips de AMD (familias K6 y los primeros K7/Athlon).

Tipos de conexión

El rendimiento que dan los microprocesadores no sólo depende de ellos mismos, sino de la placa donde se instalan. Los diferentes micros no se conectan de igual manera a las placas:
Socket: Con mecanismo ZIF (Zero Insertion Force). En ellas el procesador se inserta y se retira sin necesidad de ejercer alguna presión sobre él. Al levantar la palanquita que hay al lado se libera el microprocesador, siendo extremadamente sencilla su extracción. Estos zócalos aseguran la actualización del microprocesador.

Hay de diferentes tipos:


Socket 423 y 478:

En ellos se insertan los nuevos Pentium 4 de Intel. El primero hace referencia al modelo de 0,18 (Willamete) y el segundo al construido según la tecnología de 0,13 (Northwood). También hay algunos de 478 con núcleo Willamete. El tamaño de mencionado hace referencia al tamaño de cada transistor, cuanto menor sea tu tamaño más pequeño será el micro y más transistores será posible utilizar en el mismo espacio físico. Además, la reducción de tamaño suele estar relacionada con una reducción del calor generado y con un menor consumo de energía. En el zócalo 478 también se insertan micros Celeron de Intel de última generación similares a los p4 pero más económicos

Socket 462/Socket A:

Ambos son el mismo tipo. Se trata donde se insertan los procesadores Athlon en sus versiones más nuevas:

Athlon Duron: Versión reducida, con sólo 64 Kb de memoria caché, para configuraciones económicas.

Athlon Thunderbird: Versión normal, con un tamaño variable de la memoria caché, normalmente 256 Kb.

Athlon XP: Con el núcleo Palomino fabricado en 0,18 o Thoroughbred fabricado en 0,13, es un Thunderbird con una arquitectura totalmente remodelada con un rendimiento ligeramente superior a la misma frecuencia (MHz), con un 20% menos de consumo y el nuevo juego de instrucciones SEC de Intel junto con el ya presente 3DNow! de todos los procesadores AMD desde el K6-2. o con el núcleo T.

Athlon MP: Micro que utiliza el núcleo Palomino al igual que el XP, con la salvedad que éste accede de forma diferente al acceso a la memoria a la hora de tener que compartirla con otros micros, lo cual lo hace idóneo para configuraciones multiprocesador.

Socket 370 o PPGA: Es el zócalo que utilizan los últimos modelos del Pentium III y Celeron de Intel.

Socket 8: Utilizado por los procesadores Pentium Pro de Intel, un micro optimizado para código en 32 bits que sentaría las bases de lo que conocemos hoy día.

Socket 7: Lo usan los micros Pentium/Pentium MMX/K6/K6-2 o K6-3 y muchos otros.

Otros socket: como el zócalo ZIF Socket-3 permite la inserción de un 486 y de un Pentium

Overdrive.

Slot A /Slot 1 /Slot 2: Es donde se conectan respectivamente los procesadores Athlon antiguos de AMD, los procesadores Pentium II y antiguos Pentium III, los procesadores Xeon de Intel dedicados a servidores de red. Todos ellos son cada vez más obsoletos. El modo de insertarlos es similar a una tarjeta gráfica o de sonido, ayudándonos de dos guías de plástico insertadas en la placa base.
En las placas base más antiguas, el micro iba soldado, de forma que no podía actualizarse (486 a 50 MHz hacia atrás). Hoy día esto no se ve en lo referente a los microprocesadores de PC.


El Microprocesador 4004


En 1969, Silicon Valley, en el estado de California (EEUU) era el centro de la industria de los semiconductores. Por ello, gente de la empresa Busicom, una joven empresa japonesa, fue a la compañía Intel (fundada el año anterior) para que hicieran un conjunto de doce chips para el corazón de su nueva calculadora de mesa de bajo costo.
Durante el otoño (del hemisferio norte) de 1969 Hoff, ayudado por Stanley Mazor, definieron una arquitectura consistente en un CPU de 4 bits, una memoria ROM (de sólo lectura) para almacenar las instrucciones de los programas, una RAM (memoria de lectura y escritura) para almacenar los datos y algunos puertos de entrada/salida para la conexión con el teclado, la impresora, las llaves y las luces. Además definieron y verificaron el conjunto de instrucciones con la ayuda de ingenieros de Busicom (particularmente Masatoshi Shima).

En abril de 1970 Federico Faggin se sumó al staff de Intel. El trabajo de él era terminar el conjunto de chips de la calculadora. Se suponía que Hoff y Mazor habían completado el diseño lógico de los chips y solamente quedarían por definir los últimos detalles para poder comenzar la producción. Esto no fue lo que Faggin encontró cuando comenzó a trabajar en Intel ni lo que Shima encontró cuando llegó desde Japón.

Shima esperaba revisar la lógica de diseño, confirmando que Busicom podría realizar su calculadora y regresar a Japón. Se puso furioso cuando vio que estaba todo igual que cuando había ido seis meses antes, con lo que dijo (en lo poco que sabía de inglés) "Vengo acá a revisar. No hay nada para revisar. Esto es sólo idea". No se cumplieron los plazos establecidos en el contrato entre Intel y Busicom. De esta manera, Faggin tuvo que trabajar largos meses, de 12 a 16 horas por día.

Finalmente pudo realizar los cuatro chips arriba mencionados. El los llamó "familia 4000". Estaba compuesto por cuatro dispositivos de 16 pines: el 4001 era una ROM de dos kilobits con salida de cuatro bits de datos; el 4002 era una RAM de 320 bits con el port de entrada/salida (bus de datos) de cuatro bits; el 4003 era un registro de desplazamiento de 10 bits con entrada serie y salida paralelo; y el 4004 era el CPU de 4 bits.

El 4001 fue el primer chip diseñado y terminado. La primera fabricación ocurrió en octubre de 1970 y el circuito trabajó perfectamente. En noviembre salieron el 4002 con un pequeño error y el 4003 que funcionó correctamente. Finalmente el 4004 vino unos pocos días antes del final de 1970. Fue una lástima porque en la fabricación se habían olvidado de poner una de las máscaras. Tres semanas después vinieron los nuevos 4004, con lo que Faggin pudo realizar las verificaciones. Sólo encontró unos pequeños errores. En febrero de 1971 el 4004 funcionaba correctamente. En el mismo mes recibió de Busicom las instrucciones que debían ir en la ROM.

A mediados de marzo de 1971, envió los chips a Busicom, donde verificaron que la calculadora funcionaba perfectamente. Cada calculadora necesitaba un 4004, dos 4002, cuatro 4001 y tres 4003. Tomó un poco menos de un año desde la idea al producto funcionando correctamente.
Luego de que el primer microprocesador fuera una realidad, Faggin le pidió a la gerencia de Intel que utilizara este conjunto de chips para otras aplicaciones. Esto no fue aprobado, pensando que la familia 4000 sólo serviría para calculadoras. Además, como fue producido mediante un contrato exclusivo, sólo lo podrían poner en el mercado teniendo a Busicom como intermediario.

Después de hacer otros dispositivos utilizando la familia 4000, Faggin le demostró a Robert Noyce (entonces presidente de Intel) la viabilidad de estos integrados para uso general. Finalmente ambas empresas llegaron a un arreglo: Intel le devolvió los 60.000 dólares que había costado el proyecto, sólo podría vender los integrados para aplicaciones que no fueran calculadoras y Busicom los obtendría más baratos (ya que se producirían en mayor cantidad).
El 15 de noviembre de 1971, la familia 4000, luego conocida como MCS-4 (Micro Computer System 4-bit) fue finalmente introducida en el mercado.


El Microprocesador 8080


El 8080 realmente creó el verdadero mercado de los microprocesadores. El 4004 y el 8008 lo sugirieron, pero el 8080 lo hizo real. Muchas aplicaciones que no eran posibles de realizar con los microprocesadores previos pudieron hacerse realidad con el 8080. Este chip se usó inmediatamente en cientos de productos diferentes. En el 8080 corría el famoso sistema operativo CP/M (siglas de Control Program for Microcomputers) de la década del '70 que fue desarrollado por la compañía Digital Research.

Como detalle constructivo el 8080 tenía alrededor de 6000 transistores MOS de canal N (NMOS) de 6 , se conectaba al exterior mediante 40 patas (en formato DIP) y necesitaba tres tensiones para su funcionamiento (típico de los circuitos integrados de esa época): +12V, +5V y -5V. La frecuencia máxima era de 2 MHz.

La competencia de Intel vino de Motorola. Seis meses después del lanzamiento del 8080, apareció el 6800. Este producto era mejor en varios aspectos que el primero. Sin embargo, la combinación de tiempos (el 8080 salió antes), "marketing" más agresivo, la gran cantidad de herramientas de hardware y software, y el tamaño del chip (el del 8080 era mucho menor que el del 6800 de Motorola) inclinaron la balanza hacia el 8080.

El mayor competidor del 8080 fue el microprocesador Z-80, que fue lanzado en 1976 por la empresa Zilog (fundada por Faggin). Entre las ventajas pueden citarse: mayor cantidad de instrucciones (158 contra 74), frecuencia de reloj más alta, circuito para el apoyo de refresco de memorias RAM dinámicas, compatibilidad de código objeto (los códigos de operación de las instrucciones son iguales) y una sola tensión para su funcionamiento (+5V).


Los Microprocesadores 8086 y 8088


En junio de 1978 Intel lanzó al mercado el primer microprocesador de 16 bits: el 8086. En junio de 1979 apareció el 8088 (internamente igual que el 8086 pero con bus de datos de 8 bits) y en 1980 los coprocesadores 8087 (matemático) y 8089 (de entrada y salida). El primer fabricante que desarrolló software y hardware para estos chips fue la propia Intel.
Los ordenadores con estos microprocesadores eran conocidos como ordenadores XT
Esto significa que los datos iban por buses que eran de 8 ó 16 bits, bien por dentro del chip o cuando salían al exterior, por ejemplo para ir a la memoria. Este número reducido de bits limita sus posibilidades en gran medida.

El desarrollo más notable para la familia 8086/8088 fue la elección del CPU 8088 por parte de IBM (International Business Machines) cuando en 1981 entró en el campo de las computadoras personales. Esta computadora se desarrolló bajo un proyecto con el nombre "Acorn" (Proyecto "Bellota") pero se vendió bajo un nombre menos imaginativo, pero más correcto: "Computadora Personal IBM"(con 48KB de memoria RAM y una unidad de discos flexibles con capacidad de 160KB). Esta computadora entró en competencia directa con las ofrecidas por Apple (basado en el 6502) y por Radio Shack (basado en el Z-80).


Los Microprocesadores 80186 y 80188


Estos microprocesadores altamente integrados aparecieron en 1982. Por "altamente integrados" se entiende que el chip contiene otros componentes aparte de los encontrados en microprocesadores comunes como el 8088 u 8086. Generalmente contienen, aparte de la unidad de ejecución, contadores o "timers", y a veces incluyen memoria RAM y/o ROM y otros dispositivos que varían según los modelos. Cuando contienen memoria ROM, a estos chips se los llama microcomputadoras en un sólo chip (no siendo éste el caso de los microprocesadores 80186/80188).

Externamente se encapsulaban en el formato PGA (Pin Grid Array) de 68 pines.

El Microprocesador 80286
Este microprocesador apareció en febrero de 1982. Los avances de integración que permitieron agregar una gran cantidad de componentes periféricos en el interior del 80186/80188, se utilizaron en el 80286 para hacer un microprocesador que soporte nuevas capacidades, como la multitarea (ejecución simultánea de varios programas).

El 80286 tiene dos modos de operación: modo real y modo protegido. En el modo real, se comporta igual que un 8086, mientras que en modo protegido, las cosas cambian completamente.

El 80286 contiene 134.000 transistores dentro de su estructura (360% más que el 8086). Externamente está encapsulado en formato PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) con pines en forma de J para montaje superficial, o en formato PGA (Pin Grid Array), en ambos casos con 68 pines.

El microprocesador 80286 ha añadido un nuevo nivel de satisfacción a la arquitectura básica del 8086, incluyendo una gestión de memoria con la extensión natural de las capacidades de direccionamiento del procesador. El 80286 tiene elaboradas facilidades incorporadas de protección de datos. Otras características incluyen todas las características del juego de instrucciones del 80186, así como la extensión del espacio direccionable a 16 MB, utilizando 24 bits para direccionar (224 = 16.777.216).

El 80286 revisa cada acceso a instrucciones o datos para comprobar si puede haber una violación de los derechos de acceso. Este microprocesador está diseñado para usar un sistema operativo con varios niveles de privilegio. En este tipo de sistemas operativos hay un núcleo que, como su nombre lo indica, es la parte más interna del sistema operativo. El núcleo tiene el máximo privilegio y los programas de aplicaciones el mínimo. Existen cuatro niveles de privilegio. La protección de datos en este tipo de sistemas se lleva a cabo teniendo segmentos de código (que incluye las instrucciones), datos (que incluye la pila aparte de las variables de los programas) y del sistema (que indican los derechos de acceso de los otros segmentos).

Para un usuario normal, los registros de segmentación (CS, DS, ES, SS) parecen tener los 16 bits usuales. Sin embargo, estos registros no apuntan directamente a memoria, como lo hacían en el 8086. En su lugar, apuntan a tablas especiales, llamadas tablas de descriptores, algunas de las cuales tienen que ver con el usuario y otras con el sistema operativo. Paralelamente a los 16 bits, cada registro de segmento del 80286 mantiene otros 57 bits invisibles para el usuario. Ocho de estos bits sirven para mantener los derechos de acceso (sólo lectura, sólo escritura y otros), otros bits mantienen la dirección real (24 bits) del principio del segmento y otros mantienen la longitud permitida del segmento (16 bits, para tener la longitud máxima de 64 KB). Por ello, el usuario nunca sabe en qué posición real de memoria está ejecutando o dónde se ubican los datos y siempre se mantiene dentro de ciertas fronteras. Como protección adicional, nunca se permite que el usuario escriba en el segmento de código (en modo real se puede escribir sobre dicho segmento).

Ello previene que el usuario modifique su programa para realizar actos ilegales y potencialmente peligrosos. Hay también provisiones para prever que el usuario introduzca en el sistema un "caballo de Troya" que pueda proporcionarle un estado de alto privilegio.
El 80286 tiene cuatro nuevos registros. Tres de ellos apuntan a las tablas de descriptores actualmente en uso. Estas tablas contienen información sobre los objetos protegidos en el sistema. Cualquier cambio de privilegio o de segmento debe realizarse a través de dichas tablas. Adicionalmente hay varios indicadores nuevos.
Existen varias instrucciones nuevas, además de las introducidas con el 80186. Todas estas instrucciones se refieren a la gestión de memoria y protección del sistema haciendo cosas tales como cargar y almacenar el contenido de los indicadores especiales y los punteros a las tablas de descriptores.

El Microprocesador 80386

El 80386 consiste en una unidad central de proceso (CPU), una unidad de manejo de memoria (MMU) y una unidad de interfaz con el bus (BIU).

El CPU está compuesto por la unidad de ejecución y la unidad de instrucciones. La unidad de ejecución contiene los ocho registros de 32 bits de propósito general que se utilizan para el cálculo de direcciones y operaciones con datos y un barrel shifter de 64 bits que se utiliza para acelerar las operaciones de desplazamiento, rotación, multiplicación y división. Al contrario de los microprocesadores previos, la lógica de división y multiplicación utiliza un algoritmo de 1 bit por ciclo de reloj. El algoritmo de multiplicación termina la interacción cuando los bits más significativos del multiplicador son todos ceros, lo que permite que las multiplicaciones típicas de 32 bits se realicen en menos de un microsegundo.

El 80386 tiene dos modos de operación: modo de direccionamiento real (modo real), y modo de direccionamiento virtual protegido (modo protegido). En modo real el 80386 opera como un 8086 muy rápido, con extensiones de 32 bits si se desea. El modo real se requiere primariamente para preparar el procesador para que opere en modo protegido. El modo protegido provee el acceso al sofisticado manejo de memoria y paginado.
Finalmente, para facilitar diseños de hardware de alto rendimiento, la interfaz con el bus del 80386 ofrece pipelining de direcciones, tamaño dinámico del ancho del bus de datos (puede tener 16 ó 32 bits según se desee en un determinado ciclo de bus) y señales de habilitación de bytes por cada byte del bus de datos

Versiones del 80386:

En octubre de 1985 la empresa Intel lanzó el microprocesador 80386 original de 16 MHz, con una velocidad de ejecución de 6 millones de instrucciones por segundo y con 275.000 transistores. La primera empresa en realizar una computadora compatible con IBM PC AT basada en el 80386 fue Compaq con su Compaq Deskpro 386 al año siguiente.

386SX: Para facilitar la transición entre las computadoras de 16 bits basadas en el 80286, apareció en junio de 1988 el 80386 SX con bus de datos de 16 bits y 24 bits de direcciones (al igual que en el caso del 80286). Este microprocesador permitió el armado de computadoras en forma económica que pudieran correr programas de 32 bits. El 80386 original se le cambió de nombre: 80386 DX.

386SL: En 1990 Intel introdujo el miembro de alta integración de la familia 386: el 80386 SL con varias características extras (25 MHz, frecuencia reducida ó 0 MHz, interfaz para caché opcional externo de 16, 32 ó 64 KB, soporte de LIM 4.0 (memoria expandida) por hardware, generación y verificación de paridad, ancho de bus de datos de 8 ó 16 bits) que lo hacen ideal para equipos portátiles.

El Microprocesador 80486

Este microprocesador es básicamente un 80386 con el agregado de una unidad de coma flotante compatible con el 80387 y un caché de memoria de 8 KBytes.

Versiones del 80486
80486 DX: En abril de 1989 la compañía Intel presentó su nuevo microprocesador: el 80486 DX, con 1.200.000 transistores a bordo, el doble de la velocidad del 80386 y 100% de compatibilidad con los microprocesadores anteriores. El consumo máximo del 486DX de 50 MHz es de 5 watt.
80486 SX: En abril de 1991 introdujo el 80486 SX, un producto de menor costo que el anterior sin el coprocesador matemático que posee el 80486 DX (bajando la cantidad de transistores a 1.185.000).

80486 DX2: En marzo de 1992 apareció el 80486 DX2, que posee un duplicador de frecuencia interno, con lo que las distintas funciones en el interior del chip se ejecutan al doble de velocidad, manteniendo constante el tiempo de acceso a memoria. Esto permite casi duplicar el rendimiento del microprocesador, ya que la mayoría de las instrucciones que deben acceder a memoria en realidad acceden al caché interno de 8 KBytes del chip.

80486 SL: En el mismo año apareció el 80486 SL con características especiales de ahorro de energía.

80486 DX4: Siguiendo con la filosofía del DX2, en 1994 apareció el 80486 DX4, que triplica la frecuencia de reloj y aumenta el tamaño del caché interno a 16 KBytes.
El chip se empaqueta en el formato PGA (Pin Grid Array) de 168 pines en todas las versiones. En el caso del SX, también existe el formato PQFP (Plastic Quad Flat Pack) de 196 pines. Las frecuencias más utilizadas en estos microprocesadores son: SX: 25 y 33 MHz, DX: 33 y 50 MHz, DX2: 25/50 MHz y 33/66 MHz y DX4: 25/75 y 33/100 MHz. En los dos últimos modelos, la primera cifra indica la frecuencia del bus externo y la segunda la del bus interno. Para tener una idea de la velocidad, el 80486 DX2 de 66 MHz ejecuta 54 millones de instrucciones por segundo.


El Microprocesador Pentium


El 19 de octubre de 1992, Intel anunció que la quinta generación de su línea de procesadores compatibles (cuyo código interno era el P5) llevaría el nombre Pentium en vez de 586 u 80586, como todo el mundo estaba esperando. Esta fue una estrategia de Intel para poder registrar la marca y así poder diferir el nombre de sus procesadores del de sus competidores (AMD y Cyrix principalmente).

Este microprocesador se presentó el 22 de marzo de 1993 con velocidades iniciales de 60 y 66 MHz (112 millones de instrucciones por segundo en el último caso), 3.100.000 transistores (fabricado con el proceso BICMOS (Bipolar-CMOS) de 0,8 ), caché interno de 8 KB para datos y 8 KB para instrucciones, verificación interna de paridad para asegurar la ejecución correcta de las instrucciones, una unidad de coma flotante mejorada, bus de datos de 64 bit para una comunicación más rápida con la memoria externa y, lo más importante, permite la ejecución de dos instrucciones simultáneamente. El chip se empaqueta en formato PGA (Pin Grid Array) de 273 pines.

Como el Pentium sigue el modelo del procesador 386/486 y añade unas pocas instrucciones adicionales pero ningún registro programable, ha sido denominado un diseño del tipo 486+. Esto no quiere decir que no hay características nuevas o mejoras que aumenten la potencia. La mejora más significativa sobre el 486 ha ocurrido en la unidad de coma flotante. Hasta ese momento, Intel no había prestado mucha atención a la computación de coma flotante, que tradicionalmente había sido el bastión de las estaciones de ingeniería. Como resultado, los coprocesadores 80287 y 80387 y los coprocesadores integrados en la línea de CPUs 486 DX se han considerado anémicos cuando se les compara con los procesadores RISC (Reduced Instruction Set Computer), que equipan dichas estaciones.

Todo esto ha cambiado con el Pentium: la unidad de coma flotante es una prioridad para Intel, ya que debe competir en el mercado de Windows NT con los procesadores RISC tales como el chip Alpha 21064 de Digital Equipment Corporation y el MIPS R4000 de Silicon Graphics. Esto puede ayudar a explicar por qué el Pentium presenta un incremento de 5 veces en el rendimiento de coma flotante cuando se le compara con el diseño del 486. En contraste, Intel sólo pudo extraer un aumento del doble para operaciones de coma fijo o enteros.

El gran aumento de rendimiento tiene su contraparte en el consumo de energía: 13 watt bajo la operación normal y 16 watt a plena potencia (3,2 amperes x 5 volt = 16 watt), lo que hace que el chip se caliente demasiado y los fabricantes de tarjetas madres (motherboards) tengan que agregar complicados sistemas de refrigeración.

Intel puso en el mercado el 7 de marzo de 1994 la segunda generación de procesadores Pentium. Se introdujo con las velocidades de 90 y 100 MHz con tecnología de 0,6 y posteriormente se agregaron las versiones de 120, 133, 150, 160 y 200 MHz con tecnología de 0,35. En todos los casos se redujo la tensión de alimentación a 3,3 volt. Esto redujo drásticamente el consumo de electricidad (y por ende el calor que genera el circuito integrado). De esta manera el chip más rápido (el de 200 MHz) consume lo mismo que el de 66 MHz. Estos integrados vienen con 296 pines. Además la cantidad de transistores subió a 3.300.000. Esto se debe a que se agregó circuitería adicional de control de clock, un controlador de interrupciones avanzado programable (APIC) y una interfaz para procesamiento dual (facilita el desarrollo de motherboards con dos Pentium).

El Microprocesador Pentium Pro

El Pentium Pro a 133 MHz, que fue presentado el día 3 de noviembre de 1995 es el primer microprocesador de la tercera generación de la gama Pentium. Está preparado específicamente para ejecutar aplicaciones compiladas y desarrolladas para 32 bits. Algunas aplicaciones desarrolladas para entornos de 16 bits tienen una reducción de rendimiento en su ejecución en sistemas basados en un Pentium Pro respecto a los Pentium normales a 133 MHz. Perfectamente compatible con sus hermanos menores incorpora nuevas mejoras, de las cuales destaca la ejecución dinámica y la inclusión de una memoria cache secundaria integrada en el encapsulado del chip.

Fabricado en una geometría de 0,6, Intel basó sus desarrollos con vistas a reducirla a 0,35 micrones como la de los Pentium a 133 MHz, lo que reducirá su temperatura y podrá elevarse la frecuencia de reloj hasta los 200 MHz.

Intel ha puesto mucho esfuerzo en probar el Pentium Pro para intentar salvarse de los numerosos bugs que mancharon su gran prestigio. El Pentium Pro no es compatible con todas las placas del mercado. El motivo principal es la inclusión de la memoria cache secundaria dentro del chip. Se utiliza un bus interno que está optimizado para trabajar con las temporizaciones de conexión directa, lo cual imposibilita la conexión de la memoria cache externa.

Este nuevo producto tiene un bus que ha sido diseñado para conectar varios Pentium Pro en paralelo que soporta el protocolo MESI, es un microprocesador de 32 bits que incorpora una instrucción más (mover datos condicionalmente) que supone una mayor predicción de ramificaciones en la ejecución. Tiene 21 millones de transistores, 5,5 millones en el núcleo y 15,5 millones en la memoria cache secundaria. El CPU consta de dos chips colocados en cavidades independientes conectadas internamente. El chip correspondiente a la memoria cache es más pequeño que el del chip del núcleo, ya que la disposición de los transistores permite una mayor concentración.


El Microprocesador Pentium MMX

En enero de 1997 apareció una tercera generación de Pentium, que incorpora lo que Intel llama tecnología MMX (MultiMedia eXtensions) con lo que se agregan 57 instrucciones adicionales. Están disponibles en velocidades de 66/166 MHz, 66/200 MHz y 66/233 MHz (velocidad externa/interna). Las nuevas características incluyen una unidad MMX y el doble de caché. El Pentium MMX tiene 4.500.000 transistores con un proceso CMOS-silicio de 0,35 mejorado que permite bajar la tensión a 2,8 volt. Externamente posee 321 pines.

Prometían que el nuevo Pentium, con las MMX y el doble de caché (32 KB), podía tener hasta un 60% más de rendimiento. Que en la realidad en ocasiones, la ventaja puede llegar al 25%, y sólo en aplicaciones muy optimizadas para MMX. En el resto, no más de un 10%, que además se debe casi en exclusiva al aumento de la caché interna al doble.

La ventaja del chip es que su precio final acaba siendo igual que si no fuera MMX. Además, consume y se calienta menos por tener voltaje reducido para el núcleo del chip (2,8 V).

El Microprocesador Pentium II


Se trata del Pentium Pro, con algunos cambios y en una nueva y fantástica presentación, el cartucho SEC: una cajita negra que en vez de a un zócalo se conecta a una ranura llamada Slot 1.

Los cambios respecto al Pro son:

Optimizado para MMX
Nuevo encapsulado y conector a la placa
Rendimiento de 16 bits mejorado
Caché secundaria encapsulada junto al chip (semi-interna), pero a la mitad de la velocidad de éste
Mejor gestión del bus que aumenta las prestaciones
Las vías de datos más grandes mejoran el paso de datos
Arquitectura de apertura de página dinámica que reduce la latencia del sistema
El ECC de la memoria con cancelación del hardware soporta un realismo mayor.


Extendiendo la capacidad de ancho de banda de 100 MHz del procesador al bus del sistema, el conjunto de chips más nuevo de Intel soporta los últimos componentes SDRAM de 100 MHz. El Intel 440BX AGPset no sólo provee de "vías más anchas" sino de "vías más rápidas".
Eso sí, durante bastante tiempo fue el mejor chip del mercado, especialmente desde que se dejó de fabricar el Pro.

El Microprocesador Pentium II Xeon

El procesador Pentium II Xeon a 400 MHz es el primer miembro de la familia de microprocesadores Intel diseñados exclusivamente para los poderosos servidores y estaciones de trabajo. Basado en la arquitectura del procesador Pentium II, el procesador Pentium II Xeon agrega el rendimiento, facilidad de uso y confiabilidad en misión crítica superiores que exigen sus servidores y estaciones de trabajo basados en Intel.
El procesador Pentium II Xeon está disponible con memorias caché grandes y rápidas que procesan los datos a velocidades muy elevadas a través del núcleo del procesador. Además, características superiores de facilidad de uso como protección térmica, comprobación y corrección de errores, comprobación de redundancia funcional y el bus de administración del sistema ayudan a garantizar confiabilidad y tiempo de actividad máximos.

Incorpora una memoria caché L2 de 512 KB o 1 MB. La memoria caché L2 opera a la misma velocidad que el núcleo del procesador (400 MHz), lo que pone a disposición del núcleo del procesador una cantidad de datos sin precedentes.
Comparte datos con el resto del sistema a través de un bus de sistema multitransacciones de alta capacidad de 100 MHz, otra tecnología de vanguardia que extiende el potencial de velocidad de procesamiento superior al resto del sistema.
Se puede direccionar y asignar a caché un máximo de 64 GB de memoria para incrementar el rendimiento con las aplicaciones más avanzadas.

El bus del sistema permite múltiples transacciones pendientes de ejecución para incrementar la disponibilidad de ancho de banda. También ofrece compatibilidad sin "suplementos" con un máximo de 8 procesadores. Esto hace posible el multiprocesamiento simétrico con cuatro y ocho procesadores a un bajo costo y ofrece un incremento de rendimiento significativo para sistemas operativos multitareas y aplicaciones con múltiples subprocesos.

PSE36: Es una expansión de la compatibilidad con memoria de 36 bits que permite a los sistemas operativos utilizar memoria por arriba de los 4 GB, lo cual incrementa el rendimiento del sistema para aplicaciones con grandes exigencias de lectura y espacio de trabajos grandes.
El cartucho Single Edge Contact (S.E.C.) desarrollado por Intel hace posible la disponibilidad en grandes volúmenes, lo cual ofrece protección en el transporte y un factor de forma común para futuros procesadores Intel Pentium II Xeon

Compatibilidad con clústeres o la capacidad de agrupar en clústeres varios servidores de cuatro procesadores. Esto permite a los usuarios escalar sus sistemas basados en el procesador Pentium II Xeon para ajustarlos a las necesidades de su organización

El Microprocesador Celeron (Pentium II light)

Es un chip de Intel basado en el Pentium II, que en su primera versión trabaja a 266 MHz. Es un Pentium II, pero sin una de sus características: carece de memoria caché de segundo nivel en total 512 Kb. menos en el interior del cartucho SEC. Tan sólo quedan los 32 Kb. de primer nivel.
Su función no es otra que sustituir al Pentium MMX en el mercado de micros baratos (el entry level o nivel básico). Su rendimiento es casi idéntico al del Pentium MMX (según pruebas de la misma Intel).

Gracias a este chip eliminan el mercado de placas con socket 7, es decir, las que usan los MMX y toda su competencia (AMD, Cyrix-IBM). Además, se quedan con absolutamente todo el mercado de los chipsets para placas base, ya que en el campo de placas para Pentium II Intel es la única empresa que cuenta a nivel mundial.

Otras características son el uso del Slot 1, bus de 66 MHz y ancho de transistor de 0,25 micrones. El chipset diseñado para el Celeron será el Intel MU440EX. Soporta USB, memorias DIMM, DMA 33, pero, dada la finalidad de los equipos, sólo posee un slot ISA y dos PCI. El SVGA va integrado en la placa base.
Suele ir con el chipset LX o con uno nuevo llamado EX que sólo dan una velocidad de placa de 66 MHz, mientras que otro nuevo chipset, el BX, ofrece 100 MHz.


El Microprocesador Pentium III


Este micro sería al Pentium II lo que el K6-2 era al K6; es decir, que su única diferencia de importancia radica en la incorporación de unas nuevas instrucciones (las SSE, Streaming SIMD Extensions), que aumentan el rendimiento matemático y multimedia... pero sólo en aplicaciones específicamente optimizadas para ello.
Los primeros modelos, con núcleo Katmai, se fabricaron todos en el mismo formato Slot 1 de los Pentium II, pero la actual versión Coppermine de este micro utiliza mayoritariamente el Socket 370 FC-PGA.
Son unos procesadores prácticamente iguales a los Pentium II, pero se diferencian de ellos en que incorporan 70 nuevas instrucciones para "mejorar la experiencia en Internet".
Las nuevas instrucciones se han llamado MMX-2, para referenciarlas como una extensión de las viejas MMX. También KNI, ya que el procesador tenía el nombre en clave de Katmai, de ahí a las Katmai New Instructions (KNI), aunque parece ser que también se referencian como SSE.
El porqué de estas instrucciones es muy simple. Para mejorar la experiencia multimedia, especialmente la decodificación de películas en DVD (para lo que era necesario disponer de una tarjeta decodificadora), la velocidad en el procesamiento de imágenes 2D y 3D, reconocimiento de voz.... Es decir Multimedia.

Estas 70 instrucciones se pueden dividir en 3 grupos:

En el primero podemos incluir 8 nuevas instrucciones que mejoran el acceso a memoria (para cachear memoria, especialmente para manejar muchos datos, como en el reconocimiento de voz o los vectores de datos 3D).


Existen 12 nuevas instrucciones específicas para multimedia, para tareas como optimizar el proceso de datos de audio o para mejorar las representaciones MPEG2. Estas instrucciones complementan a las 59 MMX ya existentes.

Y por último, las 50 nuevas instrucciones para el manejo de datos en coma flotante.


Especialmente diseñadas para el proceso de datos tridimensionales. Estas son las más parecidas a las 3DNow! de AMD. Pueden producir hasta 4 resultados por ciclo de reloj (como las 3DNow!), aunque estos resultados pueden ser 4 sumas, o 4 multiplicaciones, mientras que las 3DNow! tienen que combinar suma y multiplicación para poder cumplir con sus 4 resultados.
Además, gracias a las nuevas instrucciones, (al igual que ocurría con las 3DNow!) podemos utilizar el modo MMX y la unidad de coma flotante sin ver penalizado el rendimiento (en los primeros MMX y K6, si utilizábamos MMX no podíamos hacer operaciones en coma flotante y al revés).


El Microprocesador Pentium 4


La última apuesta de Intel, que representa todo un cambio de arquitectura; pese a su nombre, internamente poco o nada tiene que ver con otros miembros de la familia Pentium. Se trata de un micro peculiar: su diseño permite alcanzar mayores velocidades de reloj (más MHz... y GHz), pero proporcionando mucha menos potencia por cada MHz que los micros anteriores; es decir, que un Pentium 4 a 1,3 GHz puede ser MUCHO más lento que un Pentium III a "sólo" 1 GHz. Para ser competitivo, el Pentium 4 debe funcionar a 1,7 GHz o más.

Incluye mejoras importantes: bus de 400 MHz (100 MHz físicos cuádruplemente aprovechados) y nuevas instrucciones para cálculos matemáticos, las SSE2. Éstas son muy necesarias para el Pentium 4, ya que su unidad de coma flotante es muchísimo más lenta que la del Athlon; si el software está específicamente preparado (optimizado) para las SSE2, el Pentium 4 puede ser muy rápido, pero de lo contrario no.

El nuevo procesador Intel Pentium 4 a 3 GHz con un avanzado bus del sistema de 800 MHz ofrece mayores niveles de rendimiento, creatividad y productividad. Basado en la micro arquitectura Intel NetBurst y diseñado con tecnología de 0,13 micrones, el procesador Pentium 4 proporciona significativas mejoras en el rendimiento, tanto en su uso doméstico o con soluciones empresariales, y satisface todas sus necesidades de proceso.
El procesador Pentium 4 a 3 GHz también ofrece soporte para la tecnología Hyper-Threading, permitiéndole realizar varias tareas de forma más eficaz cuando ejecuta a la vez aplicaciones que utilizan muchos recursos.

Velocidades disponibles


Bus del sistema a 800 MHz: 3 GHz
Bus del sistema a 533 MHz: 3,06 GHz, 2,80 GHz, 2,66 GHz, 2,53 GHz, 2,40B GHz, 2,26 GHz
Bus del sistema a 400 MHz: 2,60 GHz, 2,50 GHz, 2,40 GHz, 2,20 GHz, 2A GHz
Chipset
Bus del sistema a 800 MHz: Gama de chipsets Intel 875P
Bus del sistema a 400 MHz y 533 MHz: Gama de chipsets Intel 850, 850E, 845PE, 845GE, 845GV, 845E y 845G
Bus del sistema a 400 MHz: chipsets Intel 845GL y 845
Soporte de Pentium 4 Socket 423
4 ranuras RIMM para memoria RDRAM
Incluye 2 módulos CRIMM
Chipset Intel 850 (82850/82801)
1 ranura AGP 4x 1.5 V
5 ranuras PCI
1 ranura CNR
Soporte ATA/100
Sonido AC97 integrado
2 puertos USB + 2 opcionales


13. La Próxima Generación de Arquitecturas de Microprocesadores


Intel y Hewlett-Packard han definido conjuntamente una nueva tecnología de arquitectura llamada EPIC llamada así por la habilidad del software de extraer el máximo paralelismo (potencial para trabajar en paralelo) del código original y explícitamente describirlo al hardware.
Intel y HP se han basado en esta tecnología EPIC para definir la arquitectura del set de instrucciones (ISA) que será incorporada en la arquitectura final del microprocesador de 64-bits de Intel. Esta nueva tecnología ISA de 64-bits trae consigo un modus operandi innovador, ya que haciendo uso de su tecnología EPIC, y combinando paralelismo explícito con conceptos y técnicas avanzadas de arquitectura de computadoras llamadas especulación y predicación superará todas las limitaciones de las arquitecturas tradicionales.


Intel anunció el nuevo nombre para su primer microprocesador IA-64 de nombre clave Merced, Itanium.

Itanium supuestamente reemplazara toda la línea de procesadores Xeon, que en este momento esta ocupando un lugar muy importante en la industria de los servidores. Se afirma que tendrá un rendimiento para redes suficiente como para sacarle una ventaja a los RISC de un 20-30% en este rubro. Intel espera que el nuevo procesador opere a una frecuencia de reloj alrededor de los 800 MHz y que entregue entre 45-50 SPECint95 y 70-100 SPECfp95 (base).
Mientras que en modo x86, Itanium podría igualar el rendimiento de un Pentium II de 500-MHz. Consumirá 60 Watts. El chip IA-64 esta más o menos por encima de los 300 mm2.
Itanium mejorará su labor con características como el ECC y lo que Intel llama EMC. Si el chip Itanium cae repetidamente en excepciones de ECC, la arquitectura alerta al sistema operativo.
El CPU del Itanium está combinado con mas de 4M de SRAM en un modulo que está conectado horizontalmente a la tarjeta madre.

El procesador será producido con una tecnología de 0.18 micrones la cual también esta siendo desarrollada por Intel Corporation. Decrementando las características de esa tecnología, permite reducir el poder de disipación, aumentar la frecuencia de operación y agrandar la escala de integración. Esta última permite colocar más unidades funcionales, más registros y más cache dentro del procesador.
Tendrá cache L1 y L2 en el chip, y cache L3 en el paquete Itanium (el cual es más pequeño que una tarjeta de presentación de 3x5"), mas no adentro del chip, el cual se utilizará para reducir el trafico de bus. El Itanium vendrá con 4 MB de cache L3. Incluirá una opción de 2 Mbytes o de 4 Mbytes de cache L2. OEM’s también podrán añadir cache L4.

El primer Itanium será un módulo de estilo cartucho, incluyendo un CPU, cache L1 y L2 y una interface de bus. El cartucho usará un sistema de bus recientemente definido, usando conceptos del bus del Pentium-II. El Itanium será capaz de soportar 6 gigaflops. Tendrá 4 unidades para enteros y dos unidades de coma flotante.
IA-64 es algo completamente diferente, es una mirada anticipada a la arquitectura que usa "palabras de instrucciones largas" (LIW), predicación de instrucciones, eliminación de ramificaciones, carga especulativa, y otras técnicas avanzadas para extraer mas paralelismo del código de programa.

Definitivamente Intel continuará en el futuro con el desarrollo de procesadores IA-32, tal es el caso de Foster.

Merced proveerá direccionamiento de 64-bits, y tamaños de páginas altamente flexibles para reducir el intercambio de información entre memoria física y virtual, y especulación para reducir los efectos del tiempo de retrieve de memoria. Para máxima disponibilidad, el procesador Itanium incorporará un MCA mejorado que coordina el manejo de errores entre el procesador y el sistema operativo, suministrando oportunidades adicionales para corregir y entender los errores. El Itanium ofrece también otras características como el envenenamiento de datos, el cual permite enclaustrar la data corrupta y así terminar solamente los procesos afectados y con respuestas rebeldes al sistema y también una paridad extensiva y ECC. Estas características complementadas con otras de sistema anticipado como lo es el PCI Hot Plug (cambio de periféricos en tiempo de ejecución, teniendo arquitecturas redundantes obviamente), el soporte de los sistemas operativos mas utilizados y un manejo de instrucciones mejorado permitirán al Itanium satisfacer las demandas computacionales de nuestra era como lo son el e-Business, visualización y edición de gráficos 3D de gran tamaño y toda clase de operación multimedia.

El procesador Itanium extenderá la arquitectura Intel a nuevos niveles de ejecución para los servidores y estaciones de trabajo de alta capacidad, ya que en sus presentaciones Intel no ha dejado duda de que IA-64 tiene como objetivo primario este segmento del mercado.
Inicialmente llevará el chip set lógico de sistema 460GX, incluirá un servidor para entregar el rendimiento y confiabilidad necesarios por estos sistemas de alto costo.

Intel indicó que el 460GX soportará por lo menos 16G de standard SDRAM PC100 a 100 MHz. El 460GX soporta ECC en el bus del sistema y en la memoria principal y puede mapear fallas de las DRAM’s. Puede manejar más de 4 microprocesadores y puede ser usado como bloque de construcción, a pesar de que varios de los clientes de Intel están desarrollando su propia lógica del sistema para conectar 8 o más procesadores Itanium. El 460GX soporta "hot plugging" cuando tiene arriba de cuatro buses PCI, cada uno de 64 bits y 66 MHz de ancho de banda extra. El multi chip set también podrá ser usado para estaciones de trabajo, ya que incluye un puerto AGP de 4x. Ya que Intel y HP están desarrollando la arquitectura EPIC, dicen que es una tecnología de arquitectura fundamental, análoga a lo que es CISC y RISC.

El nuevo formato IA-64 empaqueta tres instrucciones en una sola palabra de 128 bits de longitud para un procesamiento más veloz. Este empaquetamiento es usualmente llamado codificación LIW, pero Intel evita ese nombre. Más bien, Intel llama a su nueva tecnología LIW EPIC.
EPIC es similar en concepto a VLIW ya que ambos permiten al compilador explícitamente agrupar las instrucciones para una ejecución en paralelo. El flexible mecanismo de agrupación del EPIC resuelve dos desperfectos del VLIW: excesiva expansión de código y falta de escalabilidad.



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