El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador.
Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.
Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante(conocida antiguamente como «co-procesador matemático»).
El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores
que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el
disipador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor. Existen otros métodos más eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de células peltier
para refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan casi
exclusivamente para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas
de overclocking.
La medición del rendimiento de un microprocesador es una tarea
compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas" que pueden ser
procesadas con diferente efectividad por procesadores de la misma gama.
Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos
de la misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran
variedad de diseños con los cuales se comercializan los procesadores de
una misma marca y referencia. Un sistema informático de alto
rendimiento puede estar equipado con varios microprocesadores trabajando
en paralelo, y un microprocesador puede, a su vez, estar constituido
por varios núcleos físicos o lógicos. Un núcleo físico se refiere
a una porción interna del microprocesador cuasi-independiente que
realiza todas las actividades de una CPU solitaria, un núcleo lógico es
la simulación de un núcleo físico a fin de repartir de manera más
eficiente el procesamiento. Existe una tendencia de integrar el mayor
número de elementos dentro del propio procesador, aumentando así la
eficiencia energética y la miniaturización. Entre los elementos
integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses y procesadores dedicados de video.
Historia de los microprocesadores
La evolución del microprocesador
El microprocesador es producto surgido de la evolución de distintas
tecnologías predecesoras, básicamente de la computación y de la
tecnología de semiconductores.
El inicio de esta última data de mitad de la década de 1950; estas
tecnologías se fusionaron a principios de los años 1970, produciendo el
primer microprocesador. Dichas tecnologías iniciaron su desarrollo a
partir de la segunda guerra mundial; en este tiempo los científicos
desarrollaron computadoras específicas para aplicaciones militares. En
la posguerra, a mediados de la década de 1940, la computación digital
emprendió un fuerte crecimiento también para propósitos científicos y
civiles. La tecnología electrónica avanzó y los científicos hicieron
grandes progresos en el diseño de componentes de estado sólido (semiconductores). En 1948 en los laboratorios Bell crearon el transistor.
En los años 1950, aparecieron las primeras computadoras digitales de propósito general. Se fabricaron utilizando tubos al vacío o bulbos como componentes electrónicos activos. Módulos de tubos al vacío componían circuitos lógicos básicos, tales como compuertas y flip-flops.
Ensamblándolos en módulos se construyó la computadora electrónica (la
lógica de control, circuitos de memoria, etc.). Los tubos de vacío
también formaron parte de la construcción de máquinas para la
comunicación con las computadoras.
Para la construcción de un circuito sumador simple se requiere de algunas compuertas lógicas. La construcción de una computadora digital precisa numerosos circuitos o dispositivos electrónicos. Un paso trascendental en el diseño de la computadora fue hacer que el dato fuera almacenado en memoria. Y la idea de almacenar programas en memoria para luego ejecutarlo fue también de fundamental importancia (Arquitectura de von Neumann).
La tecnología de los circuitos de estado sólido evolucionó en la década de 1950. El empleo del silicio,
de bajo costo y con métodos de producción masiva, hicieron del
transistor el componente más usado para el diseño de circuitos
electrónicos. Por lo tanto el diseño de la computadora digital tuvo un
gran avance con el reemplazo del tubo al vacío por el transistor, a
finales de la década de 1950.
A principios de la década de 1960, el estado de arte en la
construcción de computadoras de estado sólido sufrió un notable avance;
surgieron las tecnologías en circuitos digitales como: RTL (Lógica Transistor Resistor), DTL (Lógica Transistor Diodo), TTL (Lógica Transistor Transistor), ECL (Lógica Complementada Emisor).
A mediados de los años 1960 se producen las familias de circuitos de lógica digital, dispositivos integrados en escala SSI y MSI
que corresponden a baja y mediana escala de integración de componentes.
A finales de los años 1960 y principios de los 70 surgieron los
sistemas a alta escala de integración o LSI.
La tecnología LSI fue haciendo posible incrementar la cantidad de
componentes en los circuitos integrados. Sin embargo, pocos circuitos
LSI fueron producidos, los dispositivos de memoria eran un buen ejemplo.
Las primeras calculadoras electrónicas requerían entre 75 y 100 circuitos integrados.
Después se dio un paso importante en la reducción de la arquitectura de
la computadora a un circuito integrado simple, resultando uno que fue
llamado microprocesador, unión de las palabras «Micro» del griego μικρο-, «pequeño», y procesador. Sin embargo, es totalmente válido usar el término genérico procesador,
dado que con el paso de los años, la escala de integración se ha visto
reducida de micrométrica a nanométrica; y además, es, sin duda, un
procesador.
- El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora y resultó revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores, era un microprocesador de arquitectura de 4 bits que podía realizar hasta 60.000 operaciones por segundo trabajando a una frecuencia de reloj de alrededor de 700KHz.
- El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado a mediados de 1972 para su uso en terminales informáticos. El Intel 8008 integraba 3300 transistores y podía procesar a frecuencias máximas de 800Khz.
- El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo trabajando a alrededor de 2MHz.
- El primer microprocesador de 16 bits fue el 8086. Fue el inicio y el primer miembro de la popular arquitectura x86, actualmente usada en la mayoría de los computadores. El chip 8086 fue introducido al mercado en el verano de 1978, pero debido a que no había aplicaciones en el mercado que funcionaran con 16 bits, Intel sacó al mercado el 8088, que fue lanzado en 1979. Llegaron a operar a frecuencias mayores de 4Mhz.
- El microprocesador elegido para equipar al IBM Personal Computer/AT, que causó que fuera el más empleado en los PC-AT compatibles entre mediados y finales de los años 1980 fue el Intel 80286 (también conocido simplemente como 286); es un microprocesador de 16 bits, de la familia x86, que fue lanzado al mercado en 1982. Contaba con 134.000 transistores. Las versiones finales alcanzaron velocidades de hasta 25 MHz.
- Uno de los primeros procesadores de arquitectura de 32 bits fue el 80386 de Intel, fabricado a mediados y fines de la década de 1980; en sus diferentes versiones llegó a trabajar a frecuencias del orden de los 40Mhz.
- El microprocesador DEC Alpha se lanzó al mercado en 1992, corriendo a 200 MHz en su primera versión, en tanto que el Intel Pentium surgió en 1993 con una frecuencia de trabajo de 66Mhz. El procesador Alpha, de tecnología RISC y arquitectura de 64 bits, marcó un hito, declarándose como el más rápido del mundo, en su época. Llegó a 1Ghz de frecuencia hacia el año 2001. Irónicamente, a mediados del 2003, cuando se pensaba quitarlo de circulación, el Alpha aun encabezaba la lista de los microprocesadores más rápidos de Estados Unidos.
- 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 3GHz (3000MHz).
Breve historia
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 (un 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.
Seguidamente se expone una lista ordenada cronológicamente de los microprocesadores más populares que fueron surgiendo. En la URSS se realizaron otros sistemas que dieron lugar a la serie microprocesador Elbrus.
- 1971: El Intel 4004
El 4004 fue el primer microprocesador del mundo, creado en un simple
chip y desarrollado por Intel. Era un CPU de 4 bits y también fue el
primero disponible comercialmente. Este desarrollo impulsó la
calculadora de Busicom e inició el camino para dotar de «inteligencia» a objetos inanimados y asimismo, a la computadora personal.
- 1972: El Intel 8008
Codificado inicialmente como 1201, fue pedido a Intel por Computer
Terminal Corporation para usarlo en su terminal programable Datapoint
2200, pero debido a que Intel terminó el proyecto tarde y a que no
cumplía con la expectativas de Computer Terminal Corporation, finalmente
no fue usado en el Datapoint. Posteriormente Computer Terminal
Corporation e Intel acordaron que el i8008 pudiera ser vendido a otros
clientes.
- 1974: El SC/MP
El SC/MP desarrollado por National Semiconductor, fue uno de los primeros microprocesadores, y estuvo disponible desde principio de 1974. El nombre SC/MP (popularmente conocido como «Scamp») es el acrónimo de Simple Cost-effective Micro Processor (Microprocesador simple y rentable). Presenta un bus de direcciones de 16 bits y un bus de datos de 8 bits.
Una característica, avanzada para su tiempo, es la capacidad de liberar
los buses a fin de que puedan ser compartidos por varios procesadores.
Este microprocesador fue muy utilizado, por su bajo costo, y provisto en
kits, para propósitos educativos, de investigación y para el desarrollo
de controladores industriales diversos.
- 1974: El Intel 8080
EL 8080 se convirtió en la CPU de la primera computadora personal, la Altair 8800
de MITS, según se alega, nombrada así por un destino de la Nave
Espacial «Starship» del programa de televisión Viaje a las Estrellas, y
el IMSAI 8080, formando la base para las máquinas que ejecutaban el sistema operativo CP/M-80.
Los fanáticos de las computadoras podían comprar un equipo Altair por
un precio (en aquel momento) de 395 USD. En un periodo de pocos meses,
se vendieron decenas de miles de estos PC.
- 1975: Motorola 6800
Se fabrica, por parte de Motorola, el Motorola MC6800,
más conocido como 6800. Fue lanzado al mercado poco después del Intel
8080. Su nombre proviene de que contenía aproximadamente 6.800
transistores. Varios de los primeras microcomputadoras de los años 1970
usaron el 6800 como procesador. Entre ellas se encuentran la SWTPC
6800, que fue la primera en usarlo, y la muy conocida Altair 680. Este
microprocesador se utilizó profusamente como parte de un kit para el
desarrollo de sistemas controladores en la industria. Partiendo del 6800
se crearon varios procesadores derivados, siendo uno de los más
potentes el Motorola 6809
- 1976: El Z80
La compañía Zilog Inc. crea el Zilog Z80. Es un microprocesador de 8 bits construido en tecnología NMOS,
y fue basado en el Intel 8080. Básicamente es una ampliación de éste,
con lo que admite todas sus instrucciones. Un año después sale al
mercado el primer computador que hace uso del Z80, el Tandy TRS-80 Model 1
provisto de un Z80 a 1,77 MHz y 4 KB de RAM. Es uno de los procesadores
de más éxito del mercado, del cual se han producido numerosas versiones
clónicas, y sigue siendo usado de forma extensiva en la actualidad en
multitud de sistemas embebidos. La compañía Zilog fue fundada 1974 por Federico Faggin, quien fue diseñador jefe del microprocesador Intel 4004 y posteriormente del Intel 8080.
- 1978: Los Intel 8086 y 8088
Una venta realizada por Intel a la nueva división de computadoras
personales de IBM, hizo que las PC de IBM dieran un gran golpe comercial
con el nuevo producto con el 8088, el llamado IBM PC. El éxito del 8088
propulsó a Intel a la lista de las 500 mejores compañías, en la
prestigiosa revista Fortune, y la misma nombró la empresa como uno de Los triunfos comerciales de los sesenta.
- 1982: El Intel 80286
El 80286, popularmente conocido como 286, fue el primer procesador de
Intel que podría ejecutar todo el software escrito para su predecesor.
Esta compatibilidad del software sigue siendo un sello de la familia de
microprocesadores de Intel. Luego de seis años de su introducción, había
un estimado de 15 millones de PC basadas en el 286, instaladas
alrededor del mundo.
- 1985: El Intel 80386
Este procesador Intel, popularmente llamado 386, se integró con
275.000 transistores, más de 100 veces tantos como en el original 4004.
El 386 añadió una arquitectura de 32 bits, con capacidad para multitarea y una unidad de traslación de páginas, lo que hizo mucho más sencillo implementar sistemas operativos que usaran memoria virtual.
- 1985: El VAX 78032
El microprocesador VAX 78032 (también conocido como DC333), es de único chip y de 32 bits, y fue desarrollado y fabricado por Digital Equipment Corporation
(DEC); instalado en los equipos MicroVAX II, en conjunto con su ship
coprocesador de coma flotante separado, el 78132, tenían una potencia
cercana al 90% de la que podía entregar el minicomputador VAX 11/780
que fuera presentado en 1977. Este microprocesador contenía 125000
transistores, fue fabricado en tecnologóa ZMOS de DEC. Los sistemas VAX y
los basados en este procesador fueron los preferidos por la comunidad
científica y de ingeniería durante la década del 1980.
- 1989: El Intel 80486
La generación 486 realmente significó contar con una computadora personal de prestaciones avanzadas, entre ellas, un conjunto de instrucciones optimizado, una unidad de coma flotante o FPU, una unidad de interfaz de bus mejorada y una memoria caché
unificada, todo ello integrado en el propio chip del microprocesador.
Estas mejoras hicieron que los i486 fueran el doble de rápidos que el
par i386 - i387 operando a la misma frecuencia de reloj. El procesador Intel 486 fue el primero en ofrecer un coprocesador
matemático o FPU integrado; con él que se aceleraron notablemente las
operaciones de cálculo. Usando una unidad FPU las operaciones
matemáticas más complejas son realizadas por el coprocesador de manera
prácticamente independiente a la función del procesador principal.
- 1991: El AMD AMx86
Procesadores fabricados por AMD
100% compatible con los códigos de Intel de ese momento. Llamados
«clones» de Intel, llegaron incluso a superar la frecuencia de reloj de
los procesadores de Intel y a precios significativamente menores. Aquí
se incluyen las series Am286, Am386, Am486 y Am586.
- 1993: PowerPC 601
Es un procesador de tecnología RISC de 32 bits, en 50 y 66MHz. En su diseño utilizaron la interfaz de bus del Motorola 88110. En 1991, IBM busca una alianza con Apple
y Motorola para impulsar la creación de este microprocesador, surge la
alianza AIM (Apple, IBM y Motorola) cuyo objetivo fue quitar el dominio
que Microsoft e Intel tenían en sistemas basados en los 80386 y 80486. PowerPC
(abreviada PPC o MPC) es el nombre original de la familia de
procesadores de arquitectura de tipo RISC, que fue desarrollada por la
alinza AIM. Los procesadores de esta familia son utilizados
principalmente en computadores Macintosh de Apple Computer y su alto rendimiento se debe fuertemente a su arquitectura tipo RISC.
- 1993: El Intel Pentium
El microprocesador de Pentium poseía una arquitectura capaz de
ejecutar dos operaciones a la vez, gracias a sus dos pipeline de datos
de 32bits cada uno, uno equivalente al 486DX(u) y el otro equivalente a
486SX(u). Además, estaba dotado de un bus de datos de 64 bits, y
permitía un acceso a memoria de 64 bits (aunque el procesador seguía
manteniendo compatibilidad de 32 bits para las operaciones internas, y
los registros también eran de 32 bits). Las versiones que incluían
instrucciones MMX no sólo brindaban al usuario un más eficiente manejo
de aplicaciones multimedia, como por ejemplo, la lectura de películas en
DVD, sino que también se ofrecían en velocidades de hasta 233 MHz. Se
incluyó una versión de 200 MHz y la más básica trabajaba a alrededor de
166 MHz de frecuencia de reloj. El nombre Pentium, se mencionó en las
historietas y en charlas de la televisión a diario, en realidad se
volvió una palabra muy popular poco después de su introducción.
- 1994: EL PowerPC 620
En este año IBM y Motorola desarrollan el primer prototipo del procesador PowerPC de 64 bit,
la implementación más avanzada de la arquitectura PowerPC, que estuvo
disponible al año próximo. El 620 fue diseñado para su utilización en
servidores, y especialmente optimizado para usarlo en configuraciones de
cuatro y hasta ocho procesadores en servidores de aplicaciones de base de datos y vídeo.
Este procesador incorpora siete millones de transistores y corre a 133
MHz. Es ofrecido como un puente de migración para aquellos usuarios que
quieren utilizar aplicaciones de 64 bits, sin tener que renunciar a ejecutar aplicaciones de 32 bits.
- 1995: EL Intel Pentium Pro
Lanzado al mercado en otoño de 1995, el procesador Pentium Pro (profesional) se diseñó con una arquitectura de 32 bits.
Se usó en servidores y los programas y aplicaciones para estaciones de
trabajo (de redes) impulsaron rápidamente su integración en las
computadoras. El rendimiento del código de 32 bits era excelente, pero
el Pentium Pro a menudo era más lento que un Pentium cuando ejecutaba
código o sistemas operativos de 16 bits. El procesador Pentium Pro
estaba compuesto por alrededor de 5'5 millones de transistores.
- 1996: El AMD K5
Habiendo abandonado los clones, AMD
fabricada con tecnologías análogas a Intel. AMD sacó al mercado su
primer procesador propio, el K5, rival del Pentium. La arquitectura
RISC86 del AMD K5 era más semejante a la arquitectura del Intel Pentium
Pro que a la del Pentium. El K5 es internamente un procesador RISC
con una Unidad x86- decodificadora, transforma todos los comandos x86
(de la aplicación en curso) en comandos RISC. Este principio se usa
hasta hoy en todas las CPU x86. En la mayoría de los aspectos era superior el K5 al Pentium,
incluso de inferior precio, sin embargo AMD tenía poca experiencia en
el desarrollo de microprocesadores y los diferentes hitos de producción
marcados se fueron superando con poco éxito, se retrasó 1 año de su
salida al mercado, a razón de ello sus frecuencias de trabajo eran
inferiores a las de la competencia, y por tanto, los fabricantes de PC
dieron por sentado que era inferior.
- 1996: Los AMD K6 y AMD K6-2
Con el K6, AMD no sólo consiguió hacerle seriamente la competencia a
los Pentium MMX de Intel, sino que además amargó lo que de otra forma
hubiese sido un plácido dominio del mercado, ofreciendo un procesador
casi a la altura del Pentium II pero por un precio muy inferior. En
cálculos en coma flotante,
el K6 también quedó por debajo del Pentium II, pero por encima del
Pentium MMX y del Pro. El K6 contó con una gama que va desde los 166
hasta los más de 500 Mhz y con el juego de instrucciones MMX, que ya se
han convertido en estándares.
Más adelante se lanzó una mejora de los K6, los K6-2 de
250 nanómetros, para seguir compitiendo con los Pentium II, siendo éste
último superior en tareas de coma flotante, pero inferior en tareas de
uso general. Se introduce un juego de instrucciones SIMD denominado 3DNow!
- 1997: El Intel Pentium II
Un procesador de 7'5 millones de transistores, se busca entre los
cambios fundamentales con respecto a su predecesor, mejorar el
rendimiento en la ejecución de código de 16 bits, añadir el conjunto de instrucciones MMX y eliminar la memoria caché de segundo nivel del núcleo del procesador, colocándola en una tarjeta de circuito impreso
junto a éste. Gracias al nuevo diseño de este procesador, los usuarios
de PC pueden capturar, revisar y compartir fotografías digitales con
amigos y familia vía Internet; revisar y agregar texto, música y otros;
con una línea telefónica; el enviar vídeo a través de las líneas
normales del teléfono mediante Internet se convierte en algo cotidiano.
- 1998: El Intel Pentium II Xeon
Los procesadores Pentium II Xeon se diseñan para cumplir con los
requisitos de desempeño en computadoras de medio-rango, servidores más
potentes y estaciones de trabajo (workstations). Consistente con la
estrategia de Intel para diseñar productos de procesadores con el
objetivo de llenar segmentos de los mercados específicos, el procesador
Pentium II Xeon ofrece innovaciones técnicas diseñadas para las estaciones de trabajo
y servidores que utilizan aplicaciones comerciales exigentes, como
servicios de Internet, almacenamiento de datos corporativos, creaciones
digitales y otros. Pueden configurarse sistemas basados en este
procesador para integrar de cuatro o ocho procesadores trabajando en
paralelo, también más allá de esa cantidad.
- 1999: El Intel Celeron
Continuando la estrategia, Intel, en el desarrollo de procesadores
para el segmento de mercados específicos, el procesador Celeron es el
nombre que lleva la línea de de bajo costo de Intel. El objetivo fue
poder, mediante ésta segunda marca, penetrar en los mercados impedidos a
los Pentium, de mayor rendimiento y precio. Se diseña para añadir valor
al segmento del mercado de los PC. Proporcionó a los consumidores una
gran actuación a un bajo coste, y entregó un desempeño destacado para
usos como juegos y el software educativo.
- 1999: El AMD Athlon K7 (Classic y Thunderbird)
Procesador totalmente compatible con la arquitectura x86.
Internamente el Athlon es un rediseño de su antecesor, pero se le mejoró
substancialmente el sistema de coma flotante (ahora con 3 unidades de coma flotante que pueden trabajar simultáneamente) y se le incrementó la memoria caché
de primer nivel (L1) a 128 KB (64 Kb para datos y 64 Kb para
instrucciones). Además incluye 512 Kb de caché de segundo nivel (L2). El
resultado fue el procesador x86 más potente del momento.
El procesador Athlon con núcleo Thunderbird apareció como la
evolución del Athlon Classic. Al igual que su predecesor, también se
basa en la arquitectura x86 y usa el bus EV6. El proceso de fabricación
usado para todos estos microprocesadores es de 180 nanómetros.
El Athlon Thunderbird consolidó a AMD como la segunda mayor compañía de
fabricación de microprocesadores, ya que gracias a su excelente
rendimiento (superando siempre al Pentium III y a los primeros Pentium
IV de Intel a la misma frecuencia de reloj) y bajo precio, la hicieron
muy popular tanto entre los entendidos como en los iniciados en la
informática.
- 1999: El Intel Pentium III
El procesador Pentium III ofrece 70 nuevas instrucciones Internet Streaming, las extensiones de SIMD
que refuerzan dramáticamente el desempeño con imágenes avanzadas, 3D,
añadiendo una mejor calidad de audio, video y desempeño en aplicaciones
de reconocimiento de voz. Fue diseñado para reforzar el área del
desempeño en el Internet, le permite a los usuarios hacer cosas, tales
como, navegar a través de páginas pesadas (con muchos gráficos), tiendas
virtuales y transmitir archivos video de alta calidad. El procesador se
integra con 9,5 millones de transistores, y se introdujo usando en él
tecnología 250 nanómetros.
- 1999: El Intel Pentium III Xeon
El procesador Pentium III Xeon amplía las fortalezas de Intel en
cuanto a las estaciones de trabajo (workstation) y segmentos de mercado
de servidores, y añade una actuación mejorada en las aplicaciones del
comercio electrónico e informática comercial avanzada. Los procesadores
incorporan mejoras que refuerzan el procesamiento multimedia,
particularmente las aplicaciones de vídeo. La tecnología del procesador
III Xeon acelera la transmisión de información a través del bus del
sistema al procesador, mejorando el desempeño significativamente. Se
diseña pensando principalmente en los sistemas con configuraciones de multiprocesador.
- 2000: EL Intel Pentium 4
Este es un microprocesador de séptima generación basado en la arquitectura x86 y fabricado por Intel. Es el primero con un diseño completamente nuevo desde el Pentium Pro.
Se estrenó la arquitectura NetBurst, la cual no daba mejoras
considerables respecto a la anterior P6. Intel sacrificó el rendimiento
de cada ciclo para obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo
y una mejora en las instrucciones SSE.
- 2001: El AMD Athlon XP
Cuando Intel sacó el Pentium 4
a 1,7 GHz en abril de 2001 se vio que el Athlon Thunderbird no estaba a
su nivel. Además no era práctico para el overclocking, entonces para
seguir estando a la cabeza en cuanto a rendimiento de los procesadores
x86, AMD tuvo que diseñar un nuevo núcleo, y sacó el Athlon XP. Este compatibilizaba las instrucciones SSE
y las 3DNow! Entre las mejoras respecto al Thunderbird se puede
mencionar la prerrecuperación de datos por hardware, conocida en inglés
como prefetch, y el aumento de las entradas TLB, de 24 a 32.
- 2004: El Intel Pentium 4 (Prescott)
A principios de febrero de 2004, Intel introdujo una nueva versión de
Pentium 4 denominada 'Prescott'. Primero se utilizó en su manufactura
un proceso de fabricación de 90 nm y luego se cambió a 65nm. Su
diferencia con los anteriores es que éstos poseen 1 MiB o 2 MiB de caché
L2 y 16 Kb de caché L1 (el doble que los Northwood), prevención de ejecución, SpeedStep, C1E State, un HyperThreading mejorado, instrucciones SSE3, manejo de instrucciones AMD64, de 64 bits creadas por AMD, pero denominadas EM64T por Intel, sin embargo por graves problemas de temperatura y consumo, resultaron un fracaso frente a los Athlon 64.
- 2004: El AMD Athlon 64
El AMD Athlon 64 es un microprocesador x86 de octava generación que implementa el conjunto de instrucciones AMD64,
que fueron introducidas con el procesador Opteron. El Athlon 64
presenta un controlador de memoria en el propio circuito integrado del
microprocesador y otras mejoras de arquitectura que le dan un mejor
rendimiento que los anteriores Athlon y que el Athlon XP funcionando a
la misma velocidad, incluso ejecutando código heredado de 32 bits. El
Athlon 64 también presenta una tecnología de reducción de la velocidad
del procesador llamada Cool'n'Quiet,: cuando el usuario está
ejecutando aplicaciones que requieren poco uso del procesador, baja la
velocidad del mismo y su tensión se reduce.
- 2006: EL Intel Core Duo
Intel lanzó ésta gama de procesadores de doble núcleo y CPUs 2x2 MCM
(módulo Multi-Chip) de cuatro núcleos con el conjunto de instrucciones
x86-64, basado en la nueva arquitectura Core de Intel. La microarquitectura
Core regresó a velocidades de CPU bajas y mejoró el uso del procesador
de ambos ciclos de velocidad y energía comparados con anteriores
NetBurst de los CPU Pentium 4/D2. La microarquitectura Core provee
etapas de decodificación, unidades de ejecución, caché y buses más
eficientes, reduciendo el consumo de energía de CPU Core 2, mientras se
incrementa la capacidad de procesamiento. Los CPU de Intel han variado
muy bruscamente en consumo de energía de acuerdo a velocidad de
procesador, arquitectura y procesos de semiconductor, mostrado en las
tablas de disipación de energía del CPU. Esta gama de procesadores
fueron fabricados de 65 a 45 nanómetros.
- 2007: El AMD Phenom
Phenom fue el nombre dado por Advanced Micro Devices (AMD) a la
primera generación de procesadores de tres y cuatro núcleos basados en
la microarquitectura K10. Como característica común todos los Phenom
tienen tecnología de 65 nanómetros lograda a través de tecnología de
fabricación Silicon on insulator (SOI). No obstante, Intel, ya se
encontraba fabricando mediante la más avanzada tecnología de proceso de
45 nm en 2008. Los procesadores Phenom están diseñados para facilitar el
uso inteligente de energía y recursos del sistema, listos para la
virtualización, generando un óptimo rendimiento por vatio. Todas las CPU
Phenom poseen características tales como controlador de memoria DDR2
integrado, tecnología HyperTransport y unidades de coma flotante
de 128 bits, para incrementar la velocidad y el rendimiento de los
cálculos de coma flotante. La arquitectura Direct Connect asegura que
los cuatro núcleos tengan un óptimo acceso al controlador integrado de
memoria, logrando un ancho de banda de 16 Gb/s para intercomunicación de
los núcleos del microprocesador y la tecnología HyperTransport, de
manera que las escalas de rendimiento mejoren con el número de núcleos.
Tiene caché L3 compartida para un acceso más rápido a los datos (y así
no depende tanto del tiempo de latencia de la RAM), además de
compatibilidad de infraestructura de los zócalos AM2, AM2+ y AM3 para
permitir un camino de actualización sin sobresaltos. A pesar de todo, no
llegaron a igualar el rendimiento de la serie Core 2 Duo.
- 2008: El Intel Core Nehalem
Intel Core i7 es una familia de procesadores de cuatro núcleos de la arquitectura Intel x86-64.
Los Core i7 son los primeros procesadores que usan la microarquitectura
Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia Intel Core 2. FSB es
reemplazado por la interfaz QuickPath en i7 e i5 (zócalo 1366), y
sustituido a su vez en i7, i5 e i3 (zócalo 1156) por el DMI eliminado el
northBrige e implementando puertos PCI Express directamente. Memoria de
tres canales (ancho de datos de 192 bits): cada canal puede soportar
una o dos memorias DIMM DDR3. Las placa base compatibles con Core i7
tienen cuatro (3+1) o seis ranuras DIMM en lugar de dos o cuatro, y las
DIMMs deben ser instaladas en grupos de tres, no dos. El Hyperthreading
fue reimplementado creando núcleos lógicos. Está fabricado a
arquitecturas de 45 nm y 32 nm y posee 731 millones de transistores su
versión más potente. Se volvió a usar frecuencias altas, aunque a
contrapartida los consumos se dispararon.
- 2008: Los AMD Phenom II y Athlon II
Phenom II es el nombre dado por AMD a una familia de
microprocesadores o CPUs multinúcleo (multicore) fabricados en 45 nm, la
cual sucede al Phenom original y dieron soporte a DDR3. Una de las
ventajas del paso de los 65 nm a los 45 nm, es que permitió aumentar la
cantidad de caché L3. De hecho, ésta se incrementó de una manera
generosa, pasando de los 2 MiB del Phenom original a 6 MiB.
Entre ellos, el Amd Phenom II X2 BE 555 de doble núcleo surge como el
procesador binúcleo del mercado. También se lanzan tres Athlon II con
sólo Caché L2, pero con buena relación precio/rendimiento. El Amd Athlon
II X4 630 corre a 2,8 GHz. El Amd Athlon II X4 635 continua la misma
línea.
AMD también lanza un triple núcleo, llamado Athlon II X3 440, así
como un doble núcleo Athlon II X2 255. También sale el Phenom X4 995, de
cuatro núcleos, que corre a más de 3,2GHz. También AMD lanza la familia
Thurban con 6 núcleos físicos dentro del encapsulado
- 2011: El Intel Core Sandy Bridge
Llegan para remplazar los chips Nehalem, con Intel Core i3, Intel Core i5 e Intel Core i7 serie 2000 y Pentium G.
Intel lanzó sus procesadores que se conocen con el nombre en clave
Sandy Bridge. Estos procesadores Intel Core que no tienen sustanciales
cambios en arquitectura respecto a nehalem, pero si los necesarios para
hacerlos más eficientes y rápidos que los modelos anteriores. Es la
segunda generación de los Intel Core con nuevas instrucciones de 256
bits, duplicando el rendimiento, mejorando el desempeño en 3D y todo lo
que se relacione con operación en multimedia. Llegaron la primera semana
de enero del 2011. Incluye nuevo conjunto de instrucciones denominado
AVX y una GPU integrada de hasta 12 unidades de ejecución
- 2011: El AMD Fusion
AMD Fusion es el nombre clave para un diseño futuro de microprocesadores Turion, producto de la fusión entre AMD y ATI, combinando con la ejecución general del procesador, el proceso de la geometría 3D y otras funciones de GPUs actuales. La GPU
(procesador gráfico) estará integrada en el propio microprocesador. Se
espera la salida progresiva de esta tecnología a lo largo del 2011;
estando disponibles los primeros modelos (Ontaro y Zacate) para
ordenadores de bajo consumo entre últimos meses de 2010 y primeros de
2011, dejando el legado de las gamas medias y altas (Llano, Brazos y
Bulldozer para mediados o finales del 2011)
- 2012: El Intel Core Ivy Bridge
Ivy Bridge es el nombre en clave de los procesadores conocidos como
Intel Core de tercera generación. Son por tanto sucesores de los micros
que aparecieron a principios de 2011, cuyo nombre en clave es Sandy
Bridge. Pasamos de los 32 nanómetros de ancho de transistor en Sandy
Bridge a los 22 de Ivy Bridge. Esto le permite meter el doble de ellos
en la misma área. Un mayor número de transistores significa que puedes
poner más bloques funcionales dentro del chip. Es decir, este será capaz
de hacer un mayor número de tareas al mismo tiempo.
- 2013: El Intel Core Haswell
Haswell es el nombre clave de los procesadores de cuarta generación
de Intel Core. Son la corrección de errores de la tercera generación e
implementan nuevas tecnologías gráficas para el gamming y el diseño
gráfico, funcionando con un menor consumo y teniendo un mejor
rendimiento a un buen precio. Continua como su predecesor en 22
nanómetros pero funciona con un nuevo socket con clave 1150. Tienen un
costo elevado a comparación con los APU's y FX de AMD pero tienen un
mayor rendimiento.
Funcionamiento
Desde el punto de vista lógico, singular y funcional, el microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica, y dependiendo del procesador, puede contener una unidad de coma flotante.
El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:
- Prefetch, prelectura de la instrucción desde la memoria principal.
- Fetch, envío de la instrucción al decodificador
- Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer.
- Lectura de operandos (si los hay).
- Ejecución, lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento.
- Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.
Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU,
dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su
grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por
la frecuencia de reloj,
y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea
individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal. El
microprocesador se conecta a un circuito PLL, normalmente basado en un cristal de cuarzo
capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios
ciclos (o pulsos) en un segundo. Este reloj, en la actualidad, genera
miles de megahercios.
Rendimiento
El rendimiento del procesador puede ser medido de distintas maneras, hasta hace pocos años se creía que la frecuencia de reloj era una medida precisa, pero ese mito, conocido como «mito de los megahertzios»
se ha visto desvirtuado por el hecho de que los procesadores no han
requerido frecuencias más altas para aumentar su potencia de cómputo.
Durante los últimos años esa frecuencia se ha mantenido en el rango de los 1,5 GHz a 4 GHz,
dando como resultado procesadores con capacidades de proceso mayores
comparados con los primeros que alcanzaron esos valores. Además la
tendencia es a incorporar más núcleos dentro de un mismo encapsulado
para aumentar el rendimiento por medio de una computación paralela, de
manera que la velocidad de reloj es un indicador menos fiable aún. De
todas maneras, una forma fiable de medir la potencia de un procesador es
mediante la obtención de las Instrucciones por ciclo
Medir el rendimiento con la frecuencia es válido únicamente entre
procesadores con arquitecturas muy similares o iguales, de manera que su
funcionamiento interno sea el mismo: en ese caso la frecuencia es un
índice de comparación válido. Dentro de una familia de procesadores es
común encontrar distintas opciones en cuanto a frecuencias de reloj,
debido a que no todos los chip de silicio tienen los mismos límites de
funcionamiento: son probados a distintas frecuencias, hasta que muestran
signos de inestabilidad, entonces se clasifican de acuerdo al resultado
de las pruebas.
Esto se podría reducir en que los procesadores son fabricados por
lotes con diferentes estructuras internas atendidendo a gamas y extras
como podría ser una memoria caché de diferente tamaño, aunque no siempre
es así y las gamas altas difieren muchísimo más de las bajas que
simplemente de su memoria caché. Después de obtener los lotes según su
gama, se someten a procesos en un banco de pruebas, y según su soporte a
las temperaturas o que vaya mostrando signos de inestabilidad, se le
adjudica una frecuencia, con la que vendrá programado de serie, pero con
prácticas de overclock se le puede incrementar
La capacidad de un procesador depende fuertemente de los componentes
restantes del sistema, sobre todo del chipset, de la memoria RAM y del
software. Pero obviando esas características puede tenerse una medida
aproximada del rendimiento de un procesador por medio de indicadores
como la cantidad de operaciones de coma flotante por unidad de tiempo FLOPS, o la cantidad de instrucciones por unidad de tiempo MIPS.
Una medida exacta del rendimiento de un procesador o de un sistema, es
muy complicada debido a los múltiples factores involucrados en la
computación de un problema, por lo general las pruebas no son
concluyentes entre sistemas de la misma generación.
Arquitectura
El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora
digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora
digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control.
Consiguientemente, la historia de la computadora digital ayuda a
entender el microprocesador. El hizo posible la fabricación de potentes
calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el
mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU)
de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado
unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es
una unidad procesadora de datos. En un microprocesador se puede
diferenciar diversas partes:
- Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base.
- Memoria caché: es una memoria ultrarrápida que emplea el procesador para tener alcance directo a ciertos datos que «predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada caché interna de primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Core i3,Core i5 ,core i7,etc) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o L3.
- Coprocesador matemático: unidad de coma flotante. Es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte está considerada como una parte «lógica» junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
- Registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros está diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que la CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
- Memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede desde allí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso.
- Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es análogo a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un «número de puerto» que el procesador utiliza como si fuera un número de teléfono para llamar circuitos o a partes especiales.
Fabricación
Procesadores de silicio
El proceso de fabricación de un microprocesador es muy complejo.
Todo comienza con un buen puñado de arena (compuesta básicamente de silicio),
con la que se fabrica un mono cristal de unos 20 x 150 centímetros.
Para ello, se funde el material en cuestión a alta temperatura
(1.370 °C) y muy lentamente (10 a 40 mm por hora) se va formando el
cristal.
De este cristal, de cientos de kilos de peso, se cortan los extremos y
la superficie exterior, de forma de obtener un cilindro perfecto.
Luego, el cilindro se corta en obleas de 10 micras de espesor, la décima
parte del espesor de un cabello humano, utilizando una sierra de
diamante. De cada cilindro se obtienen miles de obleas, y de cada oblea
se fabricarán varios cientos de microprocesadores.
Estas obleas son pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana, pasan por un proceso llamado “annealing”,
que consiste en someterlas a un calentamiento extremo para eliminar
cualquier defecto o impureza que pueda haber llegado a esta instancia.
Después de una supervisión mediante láseres capaz de detectar
imperfecciones menores a una milésima de micra, se recubren con una capa
aislante formada por óxido de silicio transferido mediante deposición
de vapor.
De aquí en adelante, comienza el proceso del «dibujado» de los
transistores que conformarán a cada microprocesador. A pesar de ser muy
complejo y preciso, básicamente consiste en la “impresión” de sucesivas
máscaras sobre la oblea, sucediéndose la deposición y eliminación de
capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores,
endurecidas mediante luz ultravioleta y atacada por ácidos encargados de
eliminar las zonas no cubiertas por la impresión. Salvando las escalas,
se trata de un proceso comparable al visto para la fabricación de
circuitos impresos. Después de cientos de pasos, entre los que se hallan
la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la
implantación iónica y la deposición de capas; se llega a un complejo «bocadillo» que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador.
Un transistor construido en tecnología de 45 nanómetros tiene un
ancho equivalente a unos 200 electrones. Eso da una idea de la precisión
absoluta que se necesita al momento de aplicar cada una de las máscaras
utilizadas durante la fabricación.
Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que
una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos. Las
salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan
salas limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado
exhaustivo y está prácticamente libre de polvo. Las salas limpias más
puras de la actualidad se denominan de clase 1. La cifra indica el
número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en un
pie cúbico (0,028 m3) de aire. Como comparación, un hogar
normal sería de clase 1 millón. Los trabajadores de estas plantas
emplean trajes estériles para evitar que restos de piel, polvo o pelo se
desprendan de sus cuerpos.
Una vez que la oblea ha pasado por todo el proceso litográfico, tiene
“grabados” en su superficie varios cientos de microprocesadores, cuya
integridad es comprobada antes de cortarlos. Se trata de un proceso
obviamente automatizado, y que termina con una oblea que tiene grabados
algunas marcas en el lugar que se encuentra algún microprocesador
defectuoso.
La mayoría de los errores se dan en los bordes de la oblea, dando
como resultados chips capaces de funcionar a velocidades menores que los
del centro de la oblea o simplemente con características desactivadas,
tales como núcleos. Luego la oblea es cortada y cada chip
individualizado. En esta etapa del proceso el microprocesador es una
pequeña placa de unos pocos milímetros cuadrados, sin pines ni cápsula
protectora.
Cada una de estas plaquitas será dotada de una cápsula protectora
plástica (en algunos casos pueden ser cerámicas) y conectada a los
cientos de pines metálicos que le permitirán interactuar con el mundo
exterior. Estas conexiones se realizan utilizando delgadísimos alambres,
generalmente de oro. De ser necesario, la cápsula es provista de un
pequeño disipador térmico de metal, que servirá para mejorar la
transferencia de calor desde el interior del chip hacia el disipador
principal. El resultado final es un microprocesador como los que equipan
a los computadores.
También se están desarrollando alternativas al silicio puro, tales como el carburo de silicio
que mejora la conductividad del material, permitiendo mayores
frecuencias de reloj interno; aunque aún se encuentra en investigación.
Otros materiales
Aunque la gran mayoría de la producción de circuitos integrados se
basa en el silicio, no se puede omitir la utilización de otros
materiales que son una alternativa tales como el germanio;
tampoco las investigaciones actuales para conseguir hacer operativo un
procesador desarrollado con materiales de características especiales
como el grafeno o la molibdenita .
Empaquetado
Los microprocesadores son circuitos integrados y como tal están
formados por un chip de silicio y un empaque con conexiones eléctricas.
En los primeros procesadores el empaque se fabricaba con plásticos
epoxicos o con cerámicas en formatos como el DIP
entre otros. El chip se pegaba con un material térmicamente conductor a
una base y se conectaba por medio de pequeños alambres a unas pistas
terminadas en pines. Posteriormente se sellaba todo con una placa
metálica u otra pieza del mismo material de la base de manera que los
alambres y el silicio quedaran encapsulados.
En la actualidad los microprocesadores de diversos tipos (incluyendo
procesadores gráficos) se ensamblan por medio de la tecnología Flip chip.
El chip semiconductor es soldado directamente a un arreglo de pistas
conductoras (en el sustrato laminado) con la ayuda de unas microesferas
que se depositan sobre las obleas de semiconductor en las etapas finales
de su fabricación. El sustrato laminado es una especie de circuito
impreso que posee pistas conductoras hacia pines o contactos, que a su
vez servirán de conexión entre el chip semiconductor y un zócalo de CPU o
una placa base.<4>
Antiguamente las conexión del chip con los pines se realizaba por
medio de microalambres de manera que quedaba boca arriba, con el método
Flip Chip queda boca abajo, de ahí se deriva su nombre. Entre las
ventajas de este método esta la simplicidad del ensamble y en una mejor
disipación de calor. Cuando la pastilla queda bocabajo presenta el
sustrato base de silicio de manera que puede ser enfriado directamente
por medio de elementos conductores de calor. Esta superficie se
aprovecha también para etiquetar el integrado. En los procesadores para
computadores de escritorio, dada la vulnerabilidad de la pastilla de
silicio, se opta por colocar una placa de metal, por ejemplo en los
procesadores Athlon como el de la primera imagen. En los procesadores de
Intel también se incluye desde el Pentium III de más de 1 Ghz.
Disipación de calor
Con el aumento de la cantidad de transistores integrados en un
procesador, el consumo de energía se ha elevado a niveles en los cuales
la disipación calórica natural del mismo no es suficiente para mantener
temperaturas aceptables y que no se dañe el material semiconductor, de
manera que se hizo necesario el uso de mecanismos de enfriamiento
forzado, esto es, la utilización de disipadores de calor.
Entre ellos se encuentran los sistemas sencillos, tales como
disipadores metálicos, que aumentan el área de radiación, permitiendo
que la energía salga rápidamente del sistema. También los hay con
refrigeración líquida, por medio de circuitos cerrados.
En los procesadores más modernos se aplica en la parte superior del procesador, una lámina metálica denominada IHS que va a ser la superficie de contacto del disipador para mejorar la refrigeración uniforme del die y proteger las resistencias internas de posibles tomas de contacto al aplicar pasta térmica.
Varios modelos de procesadores, en especial, los Athlon XP, han sufrido
cortocircuitos debido a una incorrecta aplicación de la pasta térmica.
Para las prácticas de overclock extremo, se llegan a utilizar elementos químicos tales como hielo seco, y en casos más extremos, nitrógeno líquido, capaces de rondar temperaturas por debajo de los -190 grados Celsius y el helio líquido capaz de rondar temperaturas muy próximas al cero absoluto.
De esta manera se puede prácticamente hasta triplicar la frecuencia de
reloj de referencia de un procesador de silicio. El límite físico del
silicio es de 10 GHz, mientras que el de otros materiales como el grafen puede llegar a 1 THz
Conexión con el exterior
El microprocesador posee un arreglo de elementos metálicos que
permiten la conexión eléctrica entre el circuito integrado que conforma
el microprocesador y los circuitos de la placa base. Dependiendo de la
complejidad y de la potencia, un procesador puede tener desde 8 hasta
más de 2000 elementos metálicos en la superficie de su empaque. El
montaje del procesador se realiza con la ayuda de un zócalo de CPU soldado sobre la placa base. Generalmente distinguimos tres tipos de conexión:
- PGA: Pin Grid Array: La conexión se realiza mediante pequeños alambres metálicos repartidos a lo largo de la base del procesador introduciéndose en la placa base mediante unos pequeños agujeros, al introducir el procesador, una palanca anclará los pines para que haga buen contacto y no se suelten.
- BGA: Ball Grid Array: La conexión se realiza mediante bolas soldadas al procesador que hacen contacto con el zócalo
- LGA: Land Grid Array: La conexión se realiza mediante superficies de contacto lisas con pequeños pines que incluye la placa base.
Entre las conexiones eléctricas están las de alimentación eléctrica
de los circuitos dentro del empaque, las señales de reloj, señales
relacionadas con datos, direcciones y control; estas funciones están
distribuidas en un esquema asociado al zócalo,
de manera que varias referencias de procesador y placas base son
compatibles entre ellos, permitiendo distintas configuraciones.
Buses del procesador
Todos los procesadores poseen un bus principal o de sistema por el cual se envían y reciben todos los datos, instrucciones y direcciones desde los integrados del chipset
o desde el resto de dispositivos. Como puente de conexión entre el
procesador y el resto del sistema, define mucho del rendimiento del
sistema, su velocidad se mide en bits por segundo.
Ese bus puede ser implementado de distintas maneras, con el uso de
buses seriales o paralelos y con distintos tipos de señales eléctricas.
La forma más antigua es el bus paralelo en el cual se definen líneas
especializadas en datos, direcciones y para control.
En la arquitectura tradicional de Intel (usada hasta modelos recientes), ese bus se llama front-side bus
y es de tipo paralelo con 64 líneas de datos, 32 de direcciones además
de múltiples líneas de control que permiten la transmisión de datos
entre el procesador y el resto del sistema. Este esquema se ha utilizado
desde el primer procesador de la historia, con mejoras en la
señalización que le permite funcionar con relojes de 333 Mhz haciendo 4
transferencias por ciclo.
En algunos procesadores de AMD y en el Intel Core i7 se han usado otros tipos para el bus principal de tipo serial. Entre estos se encuentra el bus HyperTransport
de AMD, que maneja los datos en forma de paquetes usando una cantidad
menor de líneas de comunicación, permitiendo frecuencias de
funcionamiento más altas y en el caso de Intel, Quickpath
Los microprocesadores de Intel y de AMD (desde antes) poseen además un controlador de memoria de acceso aleatorio
en el interior del encapsulado lo que hace necesario la implementación
de buses de memoria del procesador hacia los módulos. Ese bus esta de
acuerdo a los estándares DDR de JEDEC y consisten en líneas de bus
paralelo, para datos, direcciones y control. Dependiendo de la cantidad
de canales pueden existir de 1 a 4 buses de memoria.
