MICROPROCESADOR

MICROPROCESADOR

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 el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas enlenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos amemoria.

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 «coprocesador matemático»).

ANTECEDENTES

El microprocesador surgió 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 (Si), 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 se 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 micro métrica a nanométrica; y además, es, sin duda, un procesador.

• El primer microprocesador fue el Intel 4004,¹ 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 700 KHz.
• 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 aún encabezaba la lista de los microprocesadores más rápidos de Estados Unidos.²
• 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).

CLASIFICACIÓN

 Clasificar los microprocesadores está de acuerdo con las familias arquitectura del chip . Muchos fabricantes de chips clasifican sus microprocesadores en familias de productos . Intel clasifica sus primeros chips de acuerdo con la profundidad de bits y luego por el número de transistores , por ejemplo . Más tarde se comenzó a clasificar sus fichas en las familias de acuerdo con la arquitectura del chip cuando el chip Pentium se introdujo en 1993 . Este sistema de clasificación arquitectura es común entre los fabricantes de chips más comerciales .
Utiliza 

Microprocesadores veces se clasifican de acuerdo a su finalidad prevista . No todas las fichas terminan en los ordenadores personales. Incluso aquellos que a menudo sirven funciones específicas , tales como la computación en general o las tareas gráficas. Algunas de las fichas de 128 bits más avanzados se utilizan en aplicaciones de seguridad donde la mayor profundidad de bits del chip permite la magnífica cifra y aplicaciones de seguridad. 

TIPOS

MICROPROCESADOR DE PROPOSITO GENERAL: como su nombre lo indica, esta clase de microprocesador se utiliza en la realización de variadas tareas en referencia al tratamiento de la información. Es empleado principalmente en la confección de computadoras cuyo propósito también es de carácter general.

MICROPROCESADOR DE PROPOSITO DETERMINADO: esta clase de microprocesador fue creado con el fin de realizar una tarea concreta, específica. Por este motivo, una vez programados ejecutan el mismo programa, el cual es almacenado en ROM.

De acuerdo a las instrucciones presentes en su repertorio:

CISC (Complex Instruction Set Computer): el término corresponde a aquellas computadoras conformadas por un conjunto extendido de instrucciones, permitiendo así la realización de operaciones complejas entre operandos ubicados en la memoria. Es decir que esta clase de computadoras están compuestas por instrucciones, pero de carácter desigual y amplio cada una. Los CISC se ubican dentro del primer grupo de realización de procesadores, por lo que su producción tuvo lugar antes del avance de los RISC. Algunos de los ejemplos típicos de esta clase de microprocesador son Intel 80×86, Motorota 6800, Zilog Z80, etc.

RISC ( Reduced Instruction Set Computer): Tal como su nombre lo señala, los microprocesadores RISC se caracterizan por contener un pequeño conjunto de instrucciones. Éstas son de dimensiones fijas y confeccionadas en una cantidad limitada de formatos.

Otra de sus características con respecto a las instrucciones, es que sólo las de carga y las de almacenamiento  pueden tener acceso a la memoria de datos.

CARACTERÍSTICAS

El tipo de procesador hace referencia a la potencia del conjunto de instrucciones que el microprocesador puede llevar acabo. Cada fabricante de microprocesadores tiene distintos tipos de procesadores que manejan conjuntos de instrucciones diferentes. Así, un ordenador actual con un microprocesador Pentium 4 "sabe"realizar operaciones que un microprocesador antiguo no podría llevar a cabo directamente.

* La velocidad de un ordenador está en relación directa con la velocidad del microprocesador, o lo quees lo mismo, depende de la cantidad de instrucciones que este puede ejecutar en un segundo. La velocidad de un micro se medía hace muchos años en hertzios (teniendo en cuenta que 1 hertzio indica quese realiza una operación cada segundo, 1 KHtz. -1000 Hz.- indica que se realizan 1000 operaciones por segundo) y actualmente se expresa en megahertzios (1 MHz = 1.000 KHz) y en gigahertzios (1 GHz =1.000 MHz). Así, por ejemplo, un microprocesador actual a 3,2 GHz es capaz de realizar 3200 millones de instrucciones en un segundo. 
Sin embargo, hay que resaltar que un ordenador con unmicroprocesador a 3 GHz no será nunca el doble de rápido que uno con un microprocesador a 1,5 GHz, ya que hay que tener muy en cuenta otros factores como la calidad del resto de componentes.