De las válvulas electrónicas de vacío (» 1 cm de diámetro) en las computadoras de primera generación (1946-1958) se pasó a los pequeños transistores (» 0.3 mm de base) en las computadoras de segunda generación (1959-1964); luego se evolucionó a los circuitos integrados de la tercera generación (1965-1971), y posteriormente a los microchips de la cuarta generación (1972-1996).
Las microcomputadoras modernos tienen su unidad central de proceso (central processing unit / CPU), con excepción de la memoria principal, dentro de un microchip de silicio que, por su pequeño tamaño, recibe el nombre de microprocesador.
La memoria principal, por su parte, está constituida usualmente por varios módulos independientes del microprocesador llamados SIMMs, (single in-line memory modules / módulos de memoria en línea independientes) ampliables en número y capacidad, y conectados al microprocesador a través del bus de datos o bus de memoria. En los últimos años se han popularizado los DIMMs (double in-line memory modules / módulos de memoria en línea emparejados), que están empezando a reemplazar eficientemente a los SIMMs pues ocupan menor espacio y permiten una mayor expandibilidad.
Es en la memoria principal donde se almacenan las instrucciones que debe ejecutar la computadora; también se guardan los datos que requieren estas instrucciones, y se almacenan los resultados intermedios y finales del procesamiento de la información. La memoria principal funciona como un gran archivador, en el que parte de la información guardada puede ser modificada por el usuario y otra parte debe permanecer inalterada.
Es en el microprocesador donde se realiza el tratamiento de la información, para obtener resultados útiles.
Las primeras microcomputadoras se comercializaron a partir de 1974. Dos familias de microprocesadores dieron origen a los microprocesadores actuales: la línea 8080 (después llamada 80x86 o x86) de Intel Corporation, y la línea 6800 (después llamada 680x0) de Motorola.
Un convenio temporal de exclusividad para el uso de microprocesadores Intel en beneficio de IBM (International Bussiness Machines), dio origen a la familia más exitosa de microcomputadoras conocida como PCs (personal computers / computadoras personales).
Por su parte Motorola, como fabricante de microprocesadores, en un inicio se asoció tecnológicamente con Apple para producir la línea de microcomputadoras Apple-Macintosh. Apple-Motorola fue por mucho tiempo la competencia de IBM-Intel, aunque la presencia de Apple en el mercado mundial ha disminuido considerablemente en los últimos años (aproximadamente abastece el 3% del mercado).
LAS PCS Y SUS MICROPROCESADORES :
Dependiendo del tipo de microprocesador utilizado, los PCs se suelen clasificar (desde los más antiguos hasta los más modernos) en: sistemas XT, sistemas AT, sistemas 386, sistemas 486, sistemas Pentium y sistemas Pentium Pro.
SISTEMAS PENTIUM :
Trabajan con un microprocesador Pentium de Intel, que ingresó al mercado en Marzo de 1993. El Pentium permite utilizar todas las aplicaciones desarrolladas para su predecesor, el 486.
Existen tres variantes fundamentales del Pentium: el P5, el P54C y el P55C.
EL MICROPROCESADOR PENTIUM P5 :
La versión estándar del microprocesador Pentium P5 emplea tecnología superescalar (tecnología escalar aplicada a varias unidades de procesamiento), que le permite ejecutar dos operaciones enteras no dependientes simultáneamente, gracias a la presencia de dos unidades aritmético-lógicas para operaciones con enteros (ALUs / arithmetic-logic units) entubadas (pipelinned), después de cuatro ciclos de latencia. Las operaciones con enteros requieren de las mismas cinco fases del 486.
El coprocesador matemático está incorporado al microprocesador Pentium P5, y ha sido mejorado considerablemente con respecto al coprocesador matemático del 486, mediante la independización de los componentes para ejecutar sumas, multiplicaciones y divisiones, y también mediante la incorporación de tecnología escalar. El entubamiento de los procesos con punto flotante, y la tecnología escalar utilizada, permiten que el coprocesador matemático del Pentium P5 llegue a ser en promedio 5 veces más rápido que el coprocesador matemático del 486.
Pentium P5 puede ejecutar dos operaciones enteras no dependientes en un ciclo del reloj interno, o una operación de suma o multiplicación con punto flotante en cada ciclo, después de dos ciclos de latencia (las cuatro primeras fases del proceso se realizan en las unidades de procesamiento de enteros, y las restantes fases en la unidad de punto flotante). La operación de división es más lenta pues produce dos bits de cociente por cada ciclo del reloj.
Pentium P5 utiliza un bus de datos de 64 bits (el doble que el 486). Posee 8 Kbytes de memoria caché de primer nivel tipo write-back (de mejores características técnicas que la memoria caché tipo write-through del 486) para manejo exclusivo de instrucciones, y tiene otros 8 Kbytes independientes de memoria caché de primer nivel tipo write-back para el manejo de datos (la memoria caché tipo write-back trabaja tanto con las operaciones de lectura desde memoria RAM como con las operaciones de almacenamiento en memoria RAM). Además, permite la incorporación de memoria caché externa de segundo nivel para descongestionar al microprocesador.
La tecnología de muy alta escala de integración (VLSI / very large scale of integration) empleada en el microprocesador Pentium P5 original permite que sus micro transistores tengan una dimensión de 0.8 micras (0.8x10-6 metros). El microprocesador incorpora aproximadamente 3'100,000 micro transistores en el microchip.
El microprocesador Pentium P5 original se lo encuentra en dos versiones: de 60 Mhz y de 66 Mhz.
EL MICROPROCESADOR PENTIUM P54C :
En Marzo de 1994, ingresó al mercado la segunda familia de microprocesadores Pentium bajo la identificación Pentium P54C con micro transistores de 0.6 micras, tensión de trabajo de 3.3 voltios y reloj interno de 90 y 100 Mhz, que trabajan con tarjetas madres 1.5 veces menos rápidas, de 60 Mhz (90/1.5) y de 66 Mhz (100/1.5), respectivamente. Durante 1995, se lanzaron microprocesadores P54C con tecnologías de 0.60 micras con 3.3 voltios, y 0.35 micras con 2.9 voltios, introduciéndose versiones de 75 Mhz, 120 Mhz, 133 Mhz, 150 Mhz y de 166 Mhz, que trabajan con tarjetas madre de 50 Mhz (75/1.5), de 60 Mhz (120/2), de 66 Mhz (133/2), de 60 Mhz (150/2.5), y de 66 Mhz (166/2.5), respectivamente. En 1996 apareció el Pentium P54C de 200 Mhz de velocidad.
El P54C, además de ser más rápido que el P5 original, consume aproximadamente la quinta parte de energía eléctrica con la tecnología de 0.6 micras, y la octava parte de energía con la tecnología de 0.35 micras (empleada en los microprocesadores de 120 Mhz, 133 Mhz, 150 Mhz, 166 Mhz y 200 Mhz), con lo que supera el problema de emisión excesiva de calor. El P54C tiene aproximadamente 3'300,000 micro transistores en el microchip, habiendo reemplazado totalmente al P5 en los nuevos Sistemas Pentium. Los 200,000 micro transistores adicionales del P54C con respecto al P5 son utilizados en los circuitos de administración del consumo de energía del microprocesador.
EL MICROPROCESADOR PENTIUM P55C :
También se lo conoce como Pentium-MMX. A fines de 1996, ingresó al mercado la tercera familia de microprocesadores Pentium bajo la identificación Pentium P55C con características similares al Pentium P54C, pero mejorado ostensiblemente para el uso de multimedia mediante la incorporación de 54 nuevas instrucciones de micro código. Las aplicaciones multimedia desarrolladas para el P54C llegan a ejecutarse hasta un 10% más rápido, sin embargo, las nuevas aplicaciones multimedia que se están desarrollando a partir de su introducción, que están aprovechando el nuevo micro código, llegan ha ejecutarse hasta 4 veces más rápido que en el P54C.
Un cambio tecnológico importante en el Pentium P55C, es que la ejecución de cada operación elemental requiere de 6 fases entubadas, en lugar de las 5 fases del P5 y del P54C. Además, el P55C utiliza 16 Kbytes de memoria caché para instrucciones y otros 16 Kbytes para datos.
A continuación se describe esquemáticamente la organización interna de los microprocesadores Pentium P5, P54C y Pentium P55C:
Los primeros sistemas Pentium se empezaron a comercializar en Mayo de 1993, apareciendo casi simultáneamente las microcomputadoras de IBM, Compaq, ALR, Hewlett-Packard, DEC (Digital Equipment Corporation), Acer, NCR, Siemens, Unisys y Zenith.
SISTEMAS P6 :
Trabajan con un microprocesador híbrido CISC/RISC Pentium Pro de Intel, que ingresó al mercado en Octubre de 1995. El Pentium Pro permite utilizar todas las aplicaciones desarrolladas para su predecesor, el Pentium.
Pentium Pro emplea tecnología superescalar, que le permite ejecutar normalmente dos operaciones enteras no dependientes de modo simultáneo, debido a la presencia de dos unidades aritmético-lógicas para operaciones con enteros. A diferencia del Pentium P5, del P54C, y del P55C, el Pentium Pro tiene una unidad de punto flotante totalmente independiente de las unidades de enteros, por lo que puede procesar (adicionalmente a las dos operaciones enteras) una operación de punto flotante al mismo tiempo o una tercera operación entera.
Pentium Pro utiliza dos buses de datos de 64 bits (uno conectado a la memoria caché y otro a la memoria RAM tradicional). Posee 8 Kbytes de memoria caché de primer nivel tipo write-back para manejo exclusivo de instrucciones, y tiene otros 8 Kbytes independientes de memoria caché de primer nivel tipo write-back para el manejo de datos. Además, incorpora dentro del microprocesador 256 Kbytes de memoria caché de segundo nivel. La ventaja más importante de disponer de memoria caché dentro del microprocesador es el hecho de que esta memoria trabaja a la misma velocidad que el microprocesador (150 Mhz o 200 Mhz), en lugar de hacerlo a la velocidad de la tarjeta madre (66 Mhz), lo que ocurriría en el caso de la memoria caché exterior.
Pentium Pro ha sido optimizado para aplicaciones de 32 bits, por lo que requiere sistemas operativos como Windows NT u OS/2 para un aprovechamiento adecuado, lo que le permite ser hasta un 30% más rápido que Pentium P54C o Pentium P55C. Trabajando con MS-DOS o Windows (ambos operan con 16 bits), el microprocesador es más lento que un Pentium P54C o P55C con la misma velocidad del reloj, por lo que el microprocesador no está destinado inicialmente a PCs estándar sino a servidores y estaciones de trabajo de ingeniería. Inclusive Windows 95 resulta inapropiado para Pentium Pro por mantener un alto porcentaje de código de 16 bits para ser compatible con MS-DOS y Windows.
La tecnología de 0.6 micras es utilizada en la versión de 150 Mhz del microprocesador, y la de 0.35 mm en la versión de 200 Mhz.
El microprocesador Pentium Pro presenta algunas características novedosas si se lo compara con el microprocesador Pentium.
Una cuarta novedad es que el Pentium Pro incorpora circuitería que le permite añadir fácilmente 1, 3 o 7 microprocesadores adicionales para crear arquitecturas de procesamiento paralelo simétrico (SMP / Symmetric Multi Processing), dando lugar al Dual-Pentium Pro, Four-Way Pentium Pro y Eight-Way Pentium Pro.
Intel liberó a inicios de 1997 una nueva versión del microprocesador P6 bajo el nombre comercial de Pentium II, el que constituye un microprocesador que utiliza tecnología de 0.35 micras, en el que se trasladadó a otro microchip la memoria caché de segundo nivel (L2), la que trabaja a la mitad de la velocidad del microprocesador. Tiene una memoria caché de primer nivel ampliada de 16 KB para instrucciones y 16 KB adicionales para datos, incorporando además la tecnología MMX. El Pentium II estándar tiene el limitante de poder manejar hasta 2 procesadores en paralelo.
Las velocidades comerciales del Pentium II van de 233 Mhz a 300 Mhz.
Intel recientemente introdujo al mercado una nueva versión del Pentium II, identificada como Deschutes, con bajo consumo de energía y tecnología de 0.25 micras, que trabaja desde 350 MHz hasta 400 MHz. Deschutes también incluye tecnología MMX, siendo un buen candidato para computadoras portátiles. Deschutes se conecta a 100 MHz con la tarjeta madre.
Intel liberó en Abril de 1998 el Pentium II Celeron, cuya versión original carece de memoria caché de segundo nivel. Sus velocidades comerciales son 233 Mhz, 266 Mhz y 300 Mhz. Lamentablemente su rendimiento es inferior al del Pentium MMX. La poca acogida que tuvo el procesador en el mercado obligó a Intel a lanzar el Celeron-A, que es una versión mejorada del Celeron original pues incluye 128 KB de memoria caché dentro del mismo chip (no es un chip separado). El Celeron-A viene en velocidades de 300 MHz y 333 MHz, siendo su rendimiento un 5% menor al Pentium II de velocidad similar, pero superior al Pentium MMX.
En Junio de 1998 apareció en el mercado el Pentium II Xeón, que constituye el microprocesador de bandera de Intel, pues incorpora todas las ventajas del Pentium II estándar y las del Pentium Pro, además de mejoras propias. El Pentium II Xeón tiene la memoria caché de segundo nivel en otro microchip. La velocidad de conexión entre el procesador y la caché L2 es la misma que la del procesador. La arquitectura del procesador permite manejar hasta 8 procesadores en paralelo. La velocidad de la tarjeta madre es de 100 Mhz. Las velocidades comerciales del Pentium II Xeón van de 400 Mhz hasta 450 Mhz.
Los primeros sistemas P6 se empezaron a comercializar en Octubre de 1995, apareciendo casi simultáneamente las computadoras Pentium Pro de AST , Compaq, DEC, HP, IBM, Intergraph, Dell y Siemens.
Para el primer semestre de 1999 se tiene prevista la aparición de un nuevo tipo de procesador Pentium II, identificado como Katmai. La novedad más importante en este procesador es la incorporación de microinstrucciones adicionales (al estilo MMX), diseñadas para acelerar los gráficos 3D. La velocidad de entrada del nuevo procesador será 500 MHz.
En la segunda mitad de 1999 se espera el ingreso de la tecnología de 0.18 micras al mercado, lo que permitirá aumentar aún más la velocidad del procesador Pentium II.
OTROS MICROPROCESADORES DE ALTO RENDIMIENTO :
La carrera de los microprocesadores de alto rendimiento involucra a otras empresas además de Intel, cada una de las cuales tiene su propia estrategia para ganar mercado.
A fines de 1995 e inicios de 1996, Cyrix introdujo varias versiones del microprocesador 6x86 (también conocido como M1), con superentubamiento para eliminar la dependencia de datos sin necesidad de recopilación, con velocidades de 100 Mhz, 120 Mhz y 133 Mhz. El microprocesador además incorpora tecnología superescalar similar a Pentium y Pentium Pro, lo que lo coloca con una ventaja en rendimiento de un 20% sobre Pentium y un 20% por debajo de Pentium Pro.
A finales de 1996, AMD introdujo al mercado el microprocesador K5, que tiene microtransistores de 0.6 micras, opera con 3.3 voltios y tiene inicialmente un reloj interno de 100 Mhz. El nuevo microprocesador de AMD utiliza superentubamiento y tecnología superescalar.
Un nuevo contendiente apareció con fuerza en la palestra pues NextGen, en el primer trimestre de 1994, ya lanzó prototipos de su microprocesador Nx586 que operan a 60, 66 y 93 Mhz, con características similares a Pentium P5 en el procesamiento de enteros, según los fabricantes. A diferencia de Pentium, la unidad de punto flotante del Nx586 está empaquetada en otro microchip, lo que representa una desventaja. Desde fines de 1994 NextGen comercializa sus microprocesadores. La producción masiva del Nx586 se la realiza en las nanofacilidades de IBM, pues al igual que Cyrix solamente diseña sus microprocesadores y fabrica los prototipos. NextGen fue recientemente adquirida por AMD, pues esta ultima tenía retrasado su programa de diseño y producción de los microprocesadores K5 y K6. Como resultado de este movimiento comercial, el nuevo microprocesador Nx686 y el K6 serán en realidad un mismo microprocesador.
Debido a la presión de la competencia, tanto en tecnología CISC como RISC, Intel ha suscrito un convenio con Hewlett-Packard para el desarrollo del microprocesador P7, que utiliza un enfoque totalmente opuesto al del Pentium Pro (P6) para procesar instrucciones CISC. En lugar de romper las instrucciones CISC en instrucciones más pequeñas similares a instrucciones RISC, el P7 las transforma en instrucciones largas (very long instruction words / VLIW). El nuevo microprocesador recibe el nombre clave de Merced y será totalmente compatible para ambientes Windows NT y HP-UX.
Existen otros microprocesadores de uso menos amplio, utilizados en la fabricación de microcomputadoras, como los Motorola 68000, 68020, 68030 y 68040, de tecnología CISC, que se emplean en microcomputadoras Macintosh y Commodore. El microprocesador 68060 nunca llegó a introducirse pues Motorola está más interesada en impulsar la tecnología RISC.
La línea Power PC, de tecnología RISC, desarrollada conjuntamente por IBM, Apple y Motorola, compite con Pentium y Pentium Pro, siendo utilizados en estaciones de trabajo de ingeniería (engineering workstations), en mini computadoras y en microcomputadoras IBM, además de en microcomputadoras Macintosh. Los primeros modelos comerciales de microcomputadoras que utilizan el Power PC 601 (PPC 601) de Apple aparecieron en Marzo de 1994 bajo la denominación Power Macintosh, y las microcomputadoras de IBM a fines de 1995.
El PPC 601 posee tres unidades independientes de procesamiento como en el Pentium y el Pentium Pro (una unidad de procesamiento para enteros y dos para punto flotante), con microtransistores de 0.6 micras, y viene en tres versiones: de 60 Mhz, de 66 Mhz y de 80 Mhz. Las últimas versiones del Power PC, son el PPC 603 de bajo consumo energético para computadoras portátiles, cuya comercialización inició en la segunda mitad de 1995; el PPC 604, con cuatro unidades de procesamiento (tres unidades para enteros y una para punto flotante), es un 50% más rápido que el PPC 601 y que el Pentium P54C de 200 Mhz, con microtransistores de 0.5 micras, con reloj interno de hasta 200 Mhz; el PPC 620, que procesa la información en grupos de 64 bits, destinado a estaciones de trabajo; y el PPC 615, que incluye circuitos emuladores de microprocesadores x86.
La próxima generación no es un Power PC sino el X704, compatible con Power PC. El nuevo microprocesador está siendo desarrollado por Exponential Technology, con tecnología bipolar y velocidad del reloj de hasta 533 Mhz.
Existen también, entre otros, los R4000, R5000, R8000 y R10000 de Silicon Graphics y MIPS Technologies, los Alpha 2000, 4000, 6000, 7000 y 21064 de DEC, los PA-RISC 7200 y 8000 de Hewlett-Packard, y el SPARC, el SuperSPARC y el UltraSPARC de Sun Microsystems y Texas Instrument, utilizados en sistemas RISC, que trabajan como estaciones de trabajo de ingeniería o como servidores de redes.
A continuación se presenta una tabla comparativa del rendimiento de algunos de los microprocesadores de mayor capacidad existentes en el mercado:
El rendimiento de los microprocesadores es solamente uno de los factores que afecta al rendimiento de las computadoras. Mientras los procesadores Alpha están diseñados para utilizar tarjetas madre de 600 MHz (o más rápidas), los sistemas Pentium II emplean tarjetas madre de 100 MHz.
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AMD: es el rival más directo que tiene Intel. Los micros son exactamente igual de compatibles, y usando el ordenador no notaremos en ningún momento diferencias entre tener un Intel o un AMD.