Ensamble de PC

Características de los procesadores

El procesador es el cerebro de su computadora. También se le conoce como microprocesador o CPU. El CPU interpreta todas las instrucciones que recibe de los diversos dispositivos y luego ejecuta las instrucciones, como por ejemplo indica a su impresora que debe imprimir. Generalmente, mientras más rápido sea el procesador, más rápido podrá la computadora llevar a cabo dichas instrucciones y tareas, por lo tanto las hojas de cálculo ejecutra las funciones más rápidamente.

	Procesador Intel® Pentium® 4 con Tecnología Hyper-Threading Los procesadores Intel Pentium 4 processors con tecnología Hyper-Threading son rápidos y eficientes. La tecnología Hyper-Threading permite que estos véloces procesadores funcionen más eficientemente cuando operan multiples acciones simultaneamente. El beneficio es aún más tangible cuando varias aplicaciones que requieren procesamiento intensivo están corriendo al mismo tiempo. Dentro de cada procesador Intel existe una lista de instrucciones esperando a ser completadas. Mientras una acción es ejecutada, la tecnología Hyper-Threading usa capacidad disponible en el procesador para comenzar la siguiente instrucción. Este uso eficiente del procesador permite a los usuarios ejecutar multiples actividades en menor tiempo.
	Procesador Intel® Itanium® El procesador ITANIUM (IA-64) extiende el alcance de Intel al nivel más alto de la informática posibilitando así potentes servidores y estaciones de trabajo de altas prestaciones que satisfarán las crecientes demandas que la economía basada en Internet está ejerciendo en las empresas electrónicas (e-Businesses).
	Procesador Intel® XeonTM Los nuevos procesadores XeonTM utilizan la microarquitectura NetBurstTM para afrecer poder de procesamiento para video, audio y las últimas tecnologías de Internet y diseño gráficos en 3D.
	Procesador Intel® Pentium® 4 Diseñado para seguir el rumbo de la tecnología, el procesador Pentium® 4 incluye una arquitectura completamente nueva y proporciona la potencia para las aplicaciones y sistemas operativos de hoy y del mañana. Un sistema basado en un procesador Pentium® 4 de alto rendimiento le brinda la oportunidad de vivir una experiencia informática extremadamente poderosa. Ofrece mayor rendimiento para las actividades emergentes basadas en la web y los usuarios que realizan múltiples funciones. ¡También cuenta con un bus frontal del sistema de 533 MHz!
	Procesador Intel® Pentium® 4 - M Basado en la misma tecnología del popular procesador Pentium® 4 para desktops, el Procesador Móbil Pentium® 4 ofrece arquitectura Síilar, extendiendo la vida de las baterías y mejorando el desempeño de otras tareas de cómputo. Los sistemas basados en procesadores Móbiles Pentium® 4, los de mayor rendimiento en el área de portátiles, ofrecen la misma experiencia de computación poderosa que tienen los usuarios de PC's de escritorio. Sin igual en aplicaciones 3D, el Móbil P4 también ofrece mayor rendimiento para actividades emergentes de Internet, y para usuarios haciendo diversas tareas Síultaneamente. ¡Los procesadores Móbiles Pentium® 4 además tienen un bus frontal del sistema de 400 MHz!
	Procesador Intel® Pentium® M El nuevo Procesador Pentium® M de Intel® es el primer procesador diseñado específicamente para computación móvil, permitiendo un alto rendimiento y más larga vida de las baterías en chasís más delgados y ligeros. El nuevo Procesador Pentium M incorpora innovadoras características que le permiten más larga duración de batería, siempre manteniendo la capacidad de correr aplicaciones robustas, dándole al usuario un excelente balance de rendimiento y movilidad. Al combinar este procesador con el chipset 855 y la Tarjeta Intel® Pro Wireless MiniPCI, se obtiene la Tecnología Movil Intel® Centrino. Este procesador es excelente para personas en constante movimiento que corren aplicaciones como procesadores de palabras, hojas de cálculo, bases de datos, etc., y al mismo tiempo hacen presentaciones y trabajan frecuentemente en red inalámbrica. El Pentium® M está diseñado para proveer mayor rendimiento a lo que indica la velocidad, comparándolo con otros procesadores. En 'benchmarks' estándares de la industria, el Pentium® M a 1.6GHz tiene un rendimiento comparable al Móvil Pentium 4-M a 2.4GHz.
	Processador Intel Celeron® Los procesadores Intel Celeron® ofrecen a los usuarios un valor excepcional y la confiabilidad de Intel® . Rendimiento sólido para las tareas de todos los días, se recomienda para los usuarios que no esperan migrar a entornos informáticos más complejos en el futuro. Los usuarios de PC basadas en procesadores Intel Celeron® pueden ejecutar aplicaciones de productividad como Microsoft® Office, acceso aInternet, correo electrónico, aplicaciones ligeras de multimedia, o captura de datos.
	Tecnología Móvil Intel® CentrinoTM La tecnología móvil Intel® CentrinoTM Móvil es un excelente conjunto de tecnologías que incluye el Procesador Pentium® M, el chipset 855 y la Tarjeta Intel® Pro Wireless MiniPCI. La tecnología móvil Centrino no es sólo un procesador, sino un conjunto formado por estas tres partes. La Tarjeta Intel® Pro Wireless MiniPCI permite la conexión a redes 802.11b y el procesador Pentium® M permite sistemas delgados, ligeros y larga duración de batería. Al combinar estas características se obtiene un sistema fácil de transportar, fácil de conectar y fácil de usar durante mucho tiempo.

 

Evolución de los procesadores

EVOLUCION DE LOS PROCESADORES DESDE EL INTEL 8086 HASTA EL INTEL PENTIUM III Y AMD K-7.

En este tutorial, que espero que no se os haga muy pesado, vamos a ver un poco la historia de los procesadores y a dar un repaso por lo que estos nos ofrecen en la actualidad.

Hablar de procesadores es, sobre todo, hablar de Intel y de AMD, ya que son las empresas que han soportado el peso del desarrollo de estos, ya sea colaborando ambas empresas como en su fase de desarrollos independientes.

Aunque la historia de los ordenadores comienza bastante antes, la historia de los microprocesadores comienza en el año 1.971, con el desarrollo por parte de Intel del procesador 4004, para facilitar el diseño de una calculadora.

Al mismo tiempo, la empresa Texas Instruments (conocida por el diseño y fabricación de calculadoras) también trabajaba en un proyecto similar, por lo que aun se discute quien fue el creador del primer microprocesador, si Texas Instruments o Intel.

aquí nos vamos a limitar a la época de los PC (Personal Computer), que podemos decir que comienza en el año 1.978, con la salida al mercado del procesador Intel 8086.

Hablando de la historia de los ordenadores personales y sus procesadores no podemos olvidar a Apple y su Macintosh, ni a Motorola y su Power PC, pero en este tutorial nos vamos a centrar en los procesadores que utilizan los juegos de instrucciones x86 y x64 (los actuales procesadores de 64 bits).

8086 y 8088 (de 1.978 a 1.982)



Son los primeros procesadores utilizados en PC.

Muy poco tienen que ver con lo que hoy en día estamos acostumbrados. Ni tan siquiera la forma o el tipo de conexión con la placa base... y sin embargo, como se suele decir en las películas, fueron el principio de todo.

La diferencia entre los 8086 y los 8088 estaba en su frecuencia, que en el caso del 8086 era de unos ''sorprendentes'' 4.77Mhz, pasando en los 8088 a una frecuencia de entre 8 y 10Mhz, pudiendo gestionar 1Mb de memoria.

Usaban un socket de 40 pines (paralelos 20 + 20) y tenían un bus externo de entre 8 y 16 bits.

Carecían de instrucciones de coma flotante, pero para implementar estas se podían complementar con el coprocesador matemático 8087, que era el más utilizado, aunque no el único, ni tan siquiera el que ofrecía un mejor rendimiento.

De los dos modelos, el más utilizado sin duda fue el 8088, que además fue el utilizado por IBM en su IBM PC.

El modelo 8086 aun es utilizado en algunos dispositivos y calculadoras.

80186 y 80188 (de 1.982 hasta nuestros días)



Se trata de una evolución de los modelos 8086 y 8088.

Si bien su uso como procesadores para ordenador tuvo muy poco uso e incidencia, siendo utilizado como tal por tan solo un par de fabricantes de PC, no se puede decir lo mismo sobre su importancia, ya que se siguen utilizando en nuestros días (en su versión CMOS), sobre todo por su capacidad de desarrollar las funciones que de otra forma tendrían que estar distribuidas entre varios circuitos.

En lugar de socket utilizaban una presentación tipo chip (la misma que utilizan hoy como CMOS), con una frecuencia de 6Mhz.

80286 (de 1.982 a 1.986)



Más conocido como i286 o simplemente como 286, se trata de un procesador en el que ya aparece la forma definitiva que llega hasta hoy (cuadrado, con los pines en una de sus caras), insertado en un socket de 68 pines, si bien también hubo versiones en formato chip de 68 contactos.

Los primeros 80286 tenían una frecuencia de 6 y 8Mhz, llegando con el paso del tiempo a los 25Mhz.

Funcionaban al doble de velocidad por ciclo de reloj que los 8086 y podían direccionar 16Mb de memoria RAM.

Los 80286 fueron desarrollados para poder trabajar en control de procesos en tiempo real y sistemas multiusuario, para lo que se le añadió un modo protegido. En este modo trabajaban las versiones de 16 bits del sistema operativo OS/2. En este modo protegido se permitía el uso de toda la memoria directamente, ofreciéndose además una protección entre aplicaciones para evitar la escritura de datos accidental fuera de la zona de memoria asignada (un sistema en buena parte similar al actual Bit de desactivación de ejecución de datos en su funcionamiento).

Los procesadores 80286 fueron fabricados bajo licencia de Intel por varios fabricantes además de la propia Intel, como AMD, Siemens, Fujitsu y otros.

80386 (de 1.986 hasta 1.994)



La aparición en el año 1.986 de los procesadores 80386 (más conocido como i386) supuso el mayor avance hasta el momento en el desarrollo de los procesadores, no solo por lo que supusieron de mejora sobre los 80286 en cuanto a rendimiento, sino porque es precisamente con este procesador con el que se sientan las bases de la informática tal como la conocemos. Esto llega hasta el punto de que si no fuera por el rendimiento y frecuencias, cualquier programa actual podría funcionar perfectamente en un 80386 (cosa que no ocurre con los procesadores anteriores).

Se trata del primer procesador para PC con una arquitectura CISC de 32bits e instrucciones x86 de direccionamiento plano (IA32), que básicamente es la misma que se utiliza en nuestros días.

Al tratarse de procesadores de 32bits podían manejar (en teoría) hasta 4Gb de RAM.

Fueron también los primeros procesadores a los que se adaptó un disipador para su refrigeración.

Aclaro lo de ''para PC'' porque Motorola, con su Motorola 68000 para Mac hacia tiempo que ya utilizaba el direccionamiento plano.

La conexión a la placa base en las primeras versiones es mediante socket de 68 pines, igual al de los 80286 pero no compatibles, por lo que también significó el desarrollo de placas base específicas para este procesador, pasando posteriormente a un socket de 132 pines.

Con unas frecuencias de entre 16 y 40Mhz, se fabricaron en varias versiones.

80386 - A la que nos hemos referido hasta el momento.

i386SX - Diseñado como versión económica del 80386. Seguía siendo un procesador de 32bits, pero externamente se comunicaba a 16bits, lo que hacía que fuera a la mitad de la velocidad de un 80386 normal.

i386SX Now - Versión del 80386SX, pero con el patillaje compatible pin a pin con los procesadores 80286, desarrollado por Intel para poder actualizar los 80286 sin necesidad de cambiar de placa base.

i386DX - Es la denominación que se le dio a los 80386 para distinguirlos de los 80386SX cuando estos salieron al mercado.

Este procesador supuso la ruptura de la colaboración de Intel con otros fabricantes de procesadores, lo que tuvo como consecuencia que la gran mayoría de ellos dejaran de fabricar estos.

La gran excepción fue AMD, que en 1.991 sacó al mercado su procesador Am386, totalmente compatible con los i386, lo que terminó con el monopolio de Intel en la fabricación de estos.

Aunque no se utilizan en ordenadores, este procesador sigue en producción por parte de Intel, habiendo anuncio el fin de esta para mediados de 2.007.

80486 (de 1.989 a 1.995)



Más conocidos como i486, es muy similar al i386DX, aunque con notables diferencias.

De este tipo de procesador han habido muchas versiones, tanto de Intel como de otros fabricantes a los que les fue licenciado.

En ocasiones se trataba de procesadores iguales a los de Intel y en otras de diseños propios, como fue el caso de los Am486 de AMD.

Las frecuencias de estos procesadores fueron creciendo con el tiempo, llegando al final de su periodo de venta a los 133Mhz (en el caso del Am486 DX5 133), lo que lo convirtió en uno de los procesadores más rápidos de su época (y hay que tener en cuenta que los Pentium ya estaban en el mercado).

Las más frecuentes fueron 25Mhz, 33Mhz, 40Mhz, 50Mhz (con duplicación del reloj), 66Mhz (con duplicación del reloj), 75Mhz (con triplicación del reloj), 100Mhz (con triplicación del reloj) y en el caso de AMD (en los Am486DX5) 120Mhz y 133Mhz.

En un primer momento también salieron con unas frecuencias de 16Mhz y de 20Mhz, pero estas versiones son muy raras.

Con respecto a los Am486DX5 133 (también conocidos como Am5x86 133), hay que señalar que se trataba del procesador de mayor rendimiento de su época.

Las novedades en estos procesadores i486 fueron muchas, como por ejemplo un conjunto de instrucciones muy optimizado, unidad de coma flotante integrada en el micro (fueron los primeros en no necesitar el coprocesador matemático), una caché integrada en el propio procesador y una interface de bus mejorada. Esto hacia que a igualdad de frecuencia que un i386 los i486 fueran al doble de velocidad.

En cuanto a las versiones de los i486, podemos destacar:

Intel 80486-DX - La versión modelo, con las características indicadas anteriormente.
Intel 80486-SX - Un i486DX con la unidad de coma flotante deshabilitada, para reducir su coste.
Intel 80486-DX2 - Un i486DX que internamente funciona al doble de la velocidad del reloj externo.
Intel 80486-SX2 - Un i486SX que funciona internamente al doble de la velocidad del reloj.
Intel 80486-SL - Un i486DX con una unidad de ahorro de energía.
Intel 80486-SL-NM - Un i486SX con una unidad de ahorro de energía.
Intel 80486-DX4 - Un i486DX2 pero triplicando la velocidad interna.
Intel 80486 OverDrive (486SX, 486SX2, 486DX2 o 486DX4) - variantes de los modelos anteriores, diseñados como procesadores de actualización, que tienen un patillaje o voltaje diferente. Normalmente estaban diseñados para ser empleados en placas base que no soportaban el microprocesador equivalente de forma directa.

Los procesadores i486 utilizaron a lo largo su existencia varios tipos diferentes de socket (para más información sobre los diferentes tipos de socket, consulte el tutorial Tipos de sockets y slots para procesadores), desde el socket 486 (de 168 pines) hasta el socket 2 (de 238 pines), finalizando por el socket 3 (de 237 pines, trabajando a 3.3v o a 5v).

Como ya hemos comentado, estos procesadores (en sus últimas versiones, sobre todo de AMD y de Cyrix) estuvieron durante un tiempo en el mercado junto con los primeros Pentium (desde marzo de 1.993 hasta 1.995, prácticamente hasta la salida del Pentium Pro y en el caso de los AMD hasta 1.996).

Pentium (de 1.993 a 1.997)



Este procesador fue creado para sustituir al i486 en los PC de alto rendimiento, si bien compartió mercado con ellos hasta el año 1.995, siendo precisamente estos su gran rival, ya que tuvieron que pasar algunos años (y versiones del Pentium) para que superara a los i486 DX4 en prestaciones, siendo además mucho más caros.

Los primeros Pentium tenían una frecuencia de entre 60Mhz, 66Mhz, 75Mhz y 133Mhz, y a pesar de las mejoras en su estructura, entre las que destaca su arquitectura escalable, no llegaban a superar a los i486 de Intel que en ese momento había en el mercado, y mucho menos a los Cyrix y Am486 DX4.

Para empeorar esta situación, en 1.994 se descubrió un error de división presentado en la unidad de coma flotante (FPU) de los Pentium.

Los primeros Pentium de 60Mhz y 66Mhz utilizaban el socket 4, de 273 pines y 5v, siendo rápidamente sustituido por el socket 5, de 320 pines y 3.3v, utilizado por los Intel Pentium a partir de 75Mhz y por los AMD 5k86 y los primeros K5 de hasta 100Mhz, que también podían utilizar el socket 7.

En enero de 1.997 salió al mercado una evolución de los Pentium llamada Pentium MMX (Multimedia Extensions), al añadírsele a los Pentium un juego de instrucciones multimedia que agilizaba enormemente el desarrollo de estos, con unas frecuencias de entre 166Mhz y 200Mhz.



Este juego de instrucciones presentaba no obstante un serio inconveniente. Cuando se habilitaba no se podía utilizar el FPU (coma flotante), y al deshabilitarlo se producía una gran pérdida de velocidad.

Los Intel Pentium MMX utilizaban los socket 7, de 321 pines y entre 2.5 y 5v. Estos socket son los que también utilizaban los procesadores de la competencia de Intel, tanto los AMD K5 y K6 como los Cyrix 6x86.



Los primeros K5 aparecieron en 1.996. Se trataba de unos procesadores basados en la arquitectura RISC86, más próximos a lo que después serían los Pentium PRO y con un nivel de prestaciones desde un principio muy superior a los Pentium de Intel, pero con una serie de problemas, más de fabricación que del propio procesador, que hicieron que los K5 fueran un fracaso para AMD, y si bien los problemas se solucionaron totalmente con la salida de los K6, Intel supo aprovechar muy bien esta circunstancia para imponerse en el mercado de los procesadores para PC.

Utilizaban para las funciones multimedia las instrucciones MMX, que se habían convertido en el estándar de la época.

En 1.997 salen al mercado los AMD K6.



Diseñados para trabajar en placas base de Pentium dotadas de socket 7 y con unas frecuencia de entre 166 y 300Mhz, tuvieron una pronta aceptación en el mercado, ya que no solo tenían un precio bastante inferior a los Pentium MMX de Intel, sino también unas prestaciones muy superiores a estos y a los Cyrix 6x86, que se quedaron bastante descolgados.

Tal era la velocidad de los K6 que superaban incluso a los Pentium Pro en ejecución de software de 16 bits y solo por debajo del Pentium Pro en ejecución de programas de 32 bits y del Pentium II en ejecución de instrucciones de coma flotante (hay que tener en cuenta que los rivales naturales del AMD K6 NO son ni el Pentium Pro ni el Pentium II, sino los Pentium MMX).

En cuanto al Cyrix 6x86, si bien se trataba de un procesador bastante rápido (más que los MMX de Intel, aunque sin llegar a los K6 de AMD), fue un procesador que desde un principio adoleció de una serie de debilidades e incompatibilidades que hizo que no llegara en ningún momento a ser un serio rival de ninguno de ellos, llegando incluso a poner en peligro la supervivencia de la propia Cyrix, que a finales de 1.997 tuvo que fusionarse con Nationals Semiconductor.



Hay que decir que este es el último socket que tanto Intel como AMD utilizaron conjuntamente, produciéndose con la salida al mercado de los Pentium II el definitivo divorcio entre ambas compañías, hasta el punto de ser incompatibles las placas base para uno u otro.

Pentium Pro (de 1.995 hasta 1.998)



El Pentium PRO no fue diseñado como sustituto de ningún procesador, sino como un procesador para ordenadores de altas prestaciones destinados a estaciones de trabajo y servidores.

Basado en el nuevo núcleo P6, que más tarde seria adoptado por los Pentium II y Pentium III, utilizaba el socket 8, de forma rectangular y 387 pines, desarrollado exclusivamente para este procesador.

Con una frecuencia de reloj de 133 y 200Mhz, incorpora por primera vez un sistema de memoria caché integrada en el mismo encapsulado. Esta cache podía ser de 256Kb, 512Kb o de 1Mb.

Sobresalían en el manejo de instrucciones y software de 32 bits, en máquinas trabajando bajo Windows NT o Unix, pero casi siempre resultaban más lentos que un Pentium (y no digamos que un AMD K6) en programas e instrucciones de 16 bits.
Estos procesadores no llegaron nunca a incorporar instrucciones MMX.

En 1.998 Intel abandonó su producción en favor de una nueva serie de procesadores para servidores y estaciones de trabajo, conocida con el nombre de Intel Xeon, que es la denominación que llega hasta nuestros días para ese tipo de procesadores, tras pasar por denominaciones tales como Intel Pentium II Xeon o Intel Pentium III Xeon.

Pentium II (de comienzos de 1.997 a mediados de 1.999).



A comienzo de 1.997 Intel saca al mercado a bombo y platillo, y con una campaña de propaganda nunca antes vista para el lanzamiento de un procesador, el Pentium II.

Se trata de un procesador basado en la arquitectura x86, con el núcleo P6, que fue utilizado por primera vez en los Pentium Pro.

Con el lanzamiento de este procesador se produce la separación definitiva entre Intel y AMD... y llega la incompatibilidad de placas base entre ambos.

También se produce por parte de Intel el abandono de los socket, en favor de instalar los procesadores en Slot, en este caso Slot 1, de 242 contactos y de entre 1.3 y 3.3 voltios, que por cierto, sería abandonado posteriormente ante los problemas que este sistema genera.

Este sistema se empleó por dos motivos. Uno fué el facilitar la refrigeración del procesador, pero el otro (bastante más real y no confesado) fue la necesidad de espacio (estamos en 1.997, hace diez años, toda una vida en informática) para poder dotar de una serie de características a los Pentium II.
Un tercer motivo fue puramente comercial.
Intel se vio superada tanto en prestaciones como en precio por AMD, lo que le llevo a intentar con el lanzamiento de los Pentium II monopolizar el mercado, ya que la patente del Slot 1 es de su propiedad y no tiene porque licenciarla, por lo que en un principio se convirtió también en el único fabricante de placas base para Pentium II, pero este intento tuvo que ser rápidamente abandonado por razones comerciales, ya que los demás fabricantes de placas base respondieron potenciando la fabricación de placas base para los K6 y K6-2 de AMD y para los Syrix, mejorando incluso las prestaciones del socket 7 con la salida al mercado del socket Súper 7.

Estos procesadores, que como ya hemos dicho estaban basados más en los Pentium Pro que en los Pentium originales, contaban con memoria caché, tanto de nivel L1 (32Kb) como de nivel L2 (512Kb), pero a diferencia de lo que ocurría en los Pentium Pro no estaba integrada en el encapsulado del procesador, sino unida a este por medio de un circuito impreso. Para complicar más el tema, se les dota de instrucciones MMX y se les mejora el rendimiento en ejecuciones de 16bits.

Las frecuencias de reloj de estos Pentium II iban desde los 166Mhz a los 450Mhz, con una velocidad de bus de 66Mhz y de 100Mhz para las versiones superiores a los 333Mhz.

Por primera vez se utilizaron nomenclaturas para definir las diferentes versiones, tales como Klamath y Deschutes o Tonga y Dixon en dispositivos móviles.

Klamath:

A la venta desde mayo de 1.997, con un FSB de 66Mhz y frecuencias de 233Mhz, 266Mhz y 300Mhz.

Deschutes:

Sustituye a la serie Klamath en enero de 1.998.

Se comercializa con dos frecuencias de FSB diferentes y con velocidades de entre 266Mhz y 450Mhz.

- FSB 66Mhz - 266Mhz, 300Mhz y 333Mhz.
- FSB 100Mhz - 350Mhz. 400Mhz y 450Mhz.

También, y en un intento por dominar totalmente el mercado cubriendo el espectro de ordenadores más económicos, Intel introduce en 1.998 la gama Celeron.

En agosto de 1.998 Intel saca al mercado una nueva gama de procesadores económicos, denominados Intel Celeron, denominación que llega hasta nuestros días.
La principal finalidad de esta gama fue y es la de ofrecer procesadores al bajo precio para frenar el avance de AMD.

En esta fecha, Intel lanza el primer Celeron, denominado Covington.
Este procesador no era otra cosa que un Pentiun II a 266 o a 300Mhz, pero sin memoria Caché L2.
Tenían una velocidad superior a los MMX, pero su rendimiento efectivo era bastante pobre, por lo que después de un éxito inicial (basado sobre todo en la fuerza de la marca, más que en las cualidades del producto), Intel se planteó su sustitución.

A primeros de 1.999, Intel saco al mercado el sustituto del Celeron Covington, el Celeron Mendocino.

Aquí sí que Intel hizo bien los deberes, sacando al mercado uno de los mejores procesadores de su época, ofreciendo sobre todo una relación calidad/prestaciones/precio hasta el momento reservada a AMD, ya que si bien los Pentium II tenían unas prestaciones bastante superiores a los AMD, sobre todo en el desempeño de coma flotante, no es menos cierto que su precio era muy superior.



Los primeros Mendocino salieron con una velocidad de 300Mhz, conservando el FSB a 66Mhz, pero incorporando por primera vez en un procesador una memoria caché L2 (en este caso de 128Kb) incorporada en el mismo microprocesador y a la misma velocidad de este, en vez de llevarla exterior, como es el caso de los Pentium II.

Esto hacía que las prestaciones de los Mendocino, sobre todo en velocidades de hasta 433Mhz, fueran realmente buenas, llegando a competir seriamente con sus hermanos mayores, los Pentium II, lo que a la larga se convirtió en un problema para la propia Intel.

En las versiones superiores, debido sobre todo a la limitación que suponía el FSB a 66Mhz, las prestaciones reales no eran tan buenas, dejando de ser un gran procesador para convertirse simplemente en un procesador competitivo, siendo en muchos casos superado ampliamente por los AMD K6-2.

Por su parte , AMD no respondió a la salida de los Intel Pentium II hasta mayo de 1.998, con la salida al mercado del nuevo AMD K6-2.



Este procesador siguió utilizando el socket 7 en las versiones de hasta 550Mhz y el socket Súper7, que permitía el uso de AGP.

El uso de este tipo de socket fue todo un acierto comercial por parte de AMD, ya que permitía actualizar los Pentium que utilizaban este mismo socket a unas prestaciones incluso superiores a las ofrecidas por los Mendocino, e incluso en algunos casos a las ofrecidas por los Pentium II de menores velocidades, pero con un desembolso económico muchísimo menor.

A esto hay que sumarle una serie de mejoras introducidas por AMD, tales como caché L1 incorporada en el microprocesador y un nuevo juego de instrucciones de coma flotante y multimedia exclusivo de AMD, denominada 3DNow!, que ofrecía un rendimiento superior a las instrucciones MMX (si bien es perfectamente compatible con estas), y sobre todo mejorando sustancialmente el problema de no ser posible la utilización de instrucciones de coma flotante cuando se utilizaban las instrucciones MMX.

En general, los Mendocinos eran más rápidos en accesos a caché y tenían un excelente rendimiento en operaciones de coma flotante frente a los K6-2, pero estos tenían una mayor velocidad de acceso a memoria y un mejor desempeño multimedia, debido sobre todo a la utilización de un FSB a 100Mhz y al conjunto de instrucciones 3DNow!, que con las debidas actualizaciones y mejoras sigue utilizando AMD en la actualidad.

La gama de AMD K6-2 iba desde los 233Mhz hasta los 550Mhz, con una caché L1 de 64Kb (32 para instrucciones y 32 para datos, en acceso exclusivo).

Este procesador, de un gran éxito comercial, afianzó las bases de AMD y permitió el posterior desarrollo de los AMD Athlon.

Pentium III (de 1.999 hasta 2.003)

En febrero de 1.999 Intel lanza el sustituto del Pentium II, el Pentium III.

Entre 1.999 y 2.003 se produjeron Pentium III en tres modelos diferentes:

Katmai:



De diseño muy similar al Pentium II, introduce el juego de instrucciones SSE, que ya no implica la deshabilitación de la unidad de coma flotante para poder realizar las funciones multimedia, tal como ocurría con MMX, así como un controlador mejorado de caché.
El Pentium III Katmai utilizaba el mismo Slot 1 que los Pentium II, pero se fabricaron con unos FSB de 100Mhz y de 133Mhz.
En un principio sus frecuencias eran de 450Mhz y 500Mhz, y en mayo de 1.999 salieron al mercado los Katmai de 550Mhz y 600Mhz.

Coppermine:



A finales de 1.999 sale al mercado la versión Coppermine.
Esta versión incluye un aumento de caché L2 hasta los 256Kb.
Esta serie utiliza tanto el Slot 1 como el nuevo Socket 370, introducido en el mercado para estos procesadores.

Incluso existía un adaptador para poder utilizar los Coppermone 370 en slot 1.
Se fabricaron con unas velocidades de 500Khz, 533Mhz, 550Mhz, 600Mhz, 650Mhz, 667Mhz, 700Mhz y 733Mhz.
En el año 2.000 salieron las versiones de 750Mhz, 800Mhz, 850Mhz, 866Mhz, 933Mhz y 1Ghz.



Esta versión no ha muerto, ya que los primeras consolas Xbox lo utilizan en una versión especial de 900Mhz.

Tualatin:



Introducida en el año 2.001, se trata de la última serie de Pentium III, ya desarrollada solo para socket 370, con unas velocidades de 1.13Ghz, 1.2Ghz, 1.26Ghz y 1.4Ghz y un FSB de 133Mhz.
Estos procesadores contaban con 256Kb de caché, y en la versión Pentium III-S (versión para servidores), con 512Kb.

Durante este periodo, Intel también potenció la Gama Celeron, con una serie de mejoras introducidas en este, así como una serie de modelos diferentes:

Celeron Coppermine-128:



En Marzo de 2.000, Intel pone finalmente a la venta los nuevos Celeron Coppermine-128, conocidos también como Celeron II.
Estos procesadores estaban basados en los Pentium III Coppermine, pero con un FSB de 66Mhz y tan solo 128Kb de caché.
Estos Celeron no destacaban precisamente por su rendimiento, que no supuso una gran mejora sobre el Mendocino.
Se fabricaron en velocidades que iban desde los 533Mhz a los 766Mhz.

Para solucionar esta falta de rendimiento, en enero de 2.001 Intel renovó la gama de los Celeron Coppermine-128, aumentando su velocidad de FSB hasta los 100Mhz y ofreciendo unas velocidades de 800Mhz (el primero que se fabricó con un FSB de 100Mhz), 850Mhz, 900Mhz, 950Mhz, 1Ghz y 1.1Ghz.
Esta mejora en el rendimiento los seguía dejando bastante lejos de los Pentium III, pero les permitía defenderse bastante bien frente a los AMD K6-2, a los que superaba en prestaciones.

Nunca fueron unos procesadores que destacaron en nada en concreto, pero debido a su precio eran una buena opción para aquellas maquinas en las que no se necesitara un gran rendimiento.

Celeron Tuatalin:



En 2.002 se introducen los Celeron Tuatalin, basados en los Pentium III del mismo nombre, a los que se les había reducido el FSB a 100Mhz, con la misma caché que los Pentium III, es decir, 256Kb.

Las primeras versiones de este nuevo Celeron tenían una velocidades de 1Ghz y 1.1Ghz, y se les denomina como Celeron A para diferenciarlos de los Celeron Coppermine de esas velocidades.
Posteriormente se sacaron al mercado versiones de 1.2Ghz, 1.3Ghz y 1.4Ghz.

Estos nuevos Celeron no tuvieron un gran éxito, ya que a pesar de las mejoras no alcanzaban un rendimiento destacable, y si bien tenían un buen precio, ya no se tenían que enfrentar a los K6-2, sino a los nuevos AMD Duron, contra los que no tenían nada que hacer.

Todos los nuevos Celeron se fabricaron en socket 370, teniéndose que recurrir a los adaptadores para poderlos montar en placas con slot 1.

Tanto los Pentium III como los Celeron estuvieron unos años junto con los Pentium 4, de los que hablaremos en otro tutorial.

Bien, hasta aquí hemos visto que pasaba en Intel con los Pentium III y los Celeron, pero... ¿qué estaba pasando en este periodo en AMD?.

Pues bien, AMD parecía conformarse con participar (eso sí, con bastante éxito) en el segmento de ordenadores de gama media y baja, con procesadores con un buen rendimiento, pero enfrentados a la gama Celeron de Intel, con unos rendimientos superiores a estos con la gamaAMD K6-2, al menos hasta la salida de los Celeron Coppermine-128.

Pero esto iba a cambiar totalmente en agosto de 1.999 con la salida de los nuevos AMD K7 ATHLON.

La primera serie de Athlon, conocidos también como Athlon Classic salen al mercado en agosto de 1.999, presentando una amplia serie de novedades y luchando no ya contra los Celeron, sino directamente contra los Pentium III de Intel, a los que por cierto superaron ampliamente.

Dadas las peculiaridades de los procesadores AMD, estos no eran compatibles con las prestaciones ni estructura de los chipset de Intel, por lo que AMD colaboró con otras empresas (en especial en esta época con VIA) para el desarrollo de chipset que soportaran las características y rendimientos de los procesadores AMD.

Athlon Classic:



Aunque basado en parte en el K6-2, se le mejora notablemente el rendimiento de coma flotante al incorporar 3 unidades que pueden funcionar simultáneamente, incorporando también las instrucciones 3DNow!. También se eleva la caché L1 a 128Kb (64 para instrucciones y 64 para datos) y se le incorporan 512Kb de caché L2, montados externamente (al igual que los P-II y los P-III de slot 1).
Pero quizás la mayor diferencia la marca la utilización del FSB compatible con el protocolo EV6 de Alpha. Este bus funciona en esta versión a 100Mhz DDR (Dual Data Rate), lo que lo convierte en 200Mhz efectivos.

Esto hace que el rendimiento a igualdad de frecuencia sea muy superior, por lo que no es comparable un Pentium III a 850Mhz con un Athlon a la misma frecuencia.

Se comercializaron en un principio a unas velocidades de entre 500Mhz y 650Mhz, saliendo posteriormente versiones de 750Mhz, 800Mhz, 850Mhz, 900Mhz, 950Mhz y 1Ghz.

La memoria caché trabajaba a la mitad de frecuencia del procesador en los modelos inferiores, a 2/5 en los modelos de entre 750Mhz y 850Mhz y a 1/3 en los de 900mhz, 950mhz y 1Ghz.

los Athlon Classic utilizaban el Slot A, que físicamente era exactamente igual al Slot 1 utilizado por Intel, pero electrónicamente eran incompatibles.

Athlon Thunderbird:



Comercializados a partir de junio de 2.000, la principal diferencia es que abandonan el Slot A para utilizar el denominado Socket A, de 462 pines.
Mantienen el FSB EV6, 128Kb de caché L1 (64 + 64) y 256Mb de caché L2, pero funcionando a la misma frecuencia que el núcleo del procesador.

De esta serie hay dos versiones. Las primeras tenían un FSB de 100Mhz DDR (200Mhz efectivos), y la segunda, comercializada a partir de primeros de 2.001 y denominada Athlon C, con un FSB de 133Mhz DDR (266Mhz efectivos).

Desde su salida al mercado, los Athlon se convirtieron en los procesadores más rápidos del mercado, superando siempre a todas las versiones del Pentium III e incluso a las primeras versiones del Pentium 4, presentando tan solo en inconveniente de unas temperaturas excesivamente elevadas, tema que se solucionó con la salida al mercado del Athlon XP.

Pero AMD no se conformó con esta situación, ya que en la gama baja los procesadores K6-2 habían perdido competitividad frente a los nuevos Celeron Tuatalin.
Para solucionar esto, a mediados de 2.000 AMD saca su nueva gama de procesadores económicos Duron.

AMD Duron:



La primera serie de AMD Duron, denominada Spitfire, sale al mercado a mediados de 2.000 para competir en el mercado de los procesadores económicos con los Intel Celeron, batiendo a estos en prestaciones desde el primer momento.
Esta primera serie no es otra cosa que un Athlon Thunderbird al que se le ha reducido la caché L2 a 64Kb, en lugar de los 256Kb de los Athlon, pero manteniendo el resto de especificaciones, incluido el FSB EV6 de 100Mhz DDR (200Mhz efectivos).

Tenían en esta versión una frecuencia de entre 600Mhz y 1.2Mhz, un extraordinario rendimiento en operaciones de coma flotante y contaban con las instrucciones 3DNow!.

Todo esto los convierte en los procesadores más rápidos en el segmento de procesadores económicos, al igual que sus hermanos los Athlon lo son el el segmento superior.

Esta supremacía en prestaciones la mantendrán durante bastante tiempo, prácticamente hasta la salida al mercado de la última generación de Pentium 4, pero de estos hablaremos en la segunda parte de este tutorial.

En noviembre del año 2.000 Intel saca al mercado el procesador Intel Pentium 4, que estuvieron durante unos años compartiendo mercado con los Pentium III y AMD Athlon y Athlon XP.

En la segunda parte de este tutorial (Modelos de procesadores y su evolución (2ª parte)) hablaremos de las diferentes series de Pentium 4 y Celeron, así como de los procesadores de AMD que compiten en el mercado con ellos.

Tipos y fabricantes de procesadores

!..Intel..!

Es la marca que más vende y la más conocida gracias a sus procesadores Pentium. Tienen dos posibles sockets: 478 y 775. El primero de ellos está pasado de moda y desapareciendo, así que nos centraremos en el segundo. Actualmente distribuye, dentro del nuevo socket 775, los siguientes modelos:

• Intel Celeron D, la gama baja y con un rendimiento muchísimo peor de lo que se espera de los GHz que tienen, pues tienen muy poca memoria caché para poder ser tan baratos. Además, son sólo  de 32 bits. Actualmente de 2'533 a 3'333 GHz. Hay de dos tipos, núcleo Prescott con 256 Kb de caché y núcleo Cedar Mill, con 512 Kb. Los segundos son mejores.
• Intel Pentium 4, la gama media. Actualmente todos poseen extensiones EMT 64, por lo que son micros de 64 bits. Es importante que te des cuenta que ya no indican el nº de GHz, sino un modelo. Por tanto, es muy importante que averigües la velocidad real del micro. Existen dos cores:
  • Prescott: de 531 / 3'0 GHz hasta 541 / 3'2 GHz, con 1024 kB de caché
  • Cedar Mill: de 631 / 3'0 GHz hasta 661 / 3'6 GHz, con 2048 kB de caché. Es evidente que los segundos son mejores, los que empiezan por "600".
• Intel Pentium D, la gama alta. Similares a los anteriores pero de doble core. Es decir, que es como si estuvieras comprando dos micros y los colocaras en el mismo espacio, duplicando (idealmente) el rendimiento. Sólo se aprovechan al 100% si el software está optimizado, pero son muy recomendables dada la facilidad con que permiten trabajar con varios programas a la vez. Fíjate bien en los precios porque hay Pentium D por el mismo dinero que un Pentium 4 de los mismos GHz (de 3'2 a 3'6 GHz)  por lo que estarías comprando el doble por el mismo dinero. También son micros de 64 bits. Existen dos cores:
  • Smithfield: 805 y 2'666 GHz. Sólo 1024 Kb de caché por core. Muy malos, dado que tienen sólo 533 MHz de bus.
  • Presler, de 915 / 2'8 GHz hasta 960 / 3'6 GHz. 2048 kB de caché por core y 800 MHz de bus. Uno de estos es buena compra, así que asegúrate que empiece por "900".
• Intel Core 2 Duo, la gama más alta. También de doble core y 64 bits, pero emplean una arquitectura nueva (arquitectura core), que es la base para los futuros micros de 4 y 8 cores en adelante. Aunque van a una velocidad de GHz menor, su rendimiento es muchísimo más alto que los anteriores, por lo que son mucho más rápidos que los Pentium D. Existen dos cores:
  • Allendale, E6300 / 1'866 GHz y E6400 / 2'133 GHZ, con 1024 kB de caché por core y 1066 MHz de bus. Son buena compra, pero no son los mejores Core 2 Duo.
  • Conroe: E6600 / 2'4 GHz y E6700 / 2'6 GHz, con 2048 kB de caché por core y 1066 MHz. Los más recomendables si el prespuesto te lo pemite.
  • Conroe XE: X6800EE / 2'93 GHz, con 2048 kB de caché por core y 1066 MHz. La versión más extrema de Intel. Actualmente el micro más rápido de Intel para ordenadores de sobremesa (no servidores ni portátiles). Es caro (más de 1.000 euros) y su rendimiento no es mucho mayor que el E6700 que cuesta la mitad. Que cada uno valore si le merece la pena.

 

!..AMD..!

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.

Al igual que ocurre con Intel, AMD también fabrica diferentes gamas de microprocesadores: los Sempron, al nivel que los Celeron son los de peor calidad, pero que sin embargo si el uso del ordenador es básico (como ya dijimos antes, ofimática, navegar por internet y poco más) un Sempron nos ayudará a ésta tarea a la perfección. Sino, podemos ascender de calidad y comprar los otros modelos superiores, los Athlon64 (con 64 bits, como dice el nombre) o los Athlon 64 X2, que son los de doble core de AMD.

Algo importante en AMD es su denominación de velocidad teórica, marcada con un XXXX+ que no representa su velocidad en GHz. Por ejemplo, un Athlon64 3200+ con 512 kB de caché, va realmente a 2 GHz. Eso no implica que sean lentos, todo lo contrario, se supone que ese 2 GHz equivale a un Pentium4 a 3,2 GHz (de ahí el 3200+). Normalmente suele ser un poco pretencioso, y equivale realmente a un Pentium 4 2'8 ó 3 GHz. Por ello el valor acabado en el sigmo + sirve para comparar los Athlon entre sí, pero no demasiado válido para compararlos con los Pentium 4.

Hoy día existen hasta cuatro sockets de AMD. Los dos más antiguos, el socket A/462 y el socket 754, y hoy día no son nada recomendables, No por que no hayan tenido sus buenos tiempos con micros rápidos, sino porque hoy día venden micros muy lentos para ellos, así que los descartamos. Así que nos quedamos con el socket 939 y el nuevo socket AM2. La diferencia está en que el primero emplea memoria ram DDR y el segundo DDR2, como la de los Pentium4. Los socket 939 son más antiguos, pero hoy día están totalmente vigentes, igualan en rendimiento a los AM2, y además son el algunos casos (concretamente los modelos más rápidos) mucho más baratos. Intentaremos centrarnos en ambos. Recuerda que los Sempron64, Athlon64 y Athlon 64 X2, como dice el nombre, son todos de 64 bits.

• Athlon Sempron64 con socket AM2. La alternativa teóricamente más económica, muy poco recomendable, con sólo 128 y 256 kB de caché y velocidades de 2800+ hasta 3600+. Son igual de caros que los Athlon64 Socket 939 Venice del siguiente apartado y mucho peores, por lo que comprarlos es tirar el dinero.
• Athlon 64 con Socket 939: aquí tenemos hasta 4 cores:
  • Venice y Manchester. En este caso recomendamos los primeros, que son algo más baratos y similares en rendimiento que los segundos. Dentro de los Venice tenemos desde 3000+ hasta 3800+. Los Manchester son el modelo doble core pero con uno de ellos desactivado. Al igual que los Venice, tienen 512 kB de caché.
  • Existen otras dos variantes con núcleos San Diego y Toledo, ambos 3700+ y con 1024 kB de caché. Son los mejores Athlon 64 de socket 939 con diferencia, pues tienen más memoria caché, por lo que son los mejores athlon64 939.
• Athlon 64 con Socket AM2. En este caso tenemos sólo un núcleo, Orleans, con velocidades entre 3200+ y 3800+, con 512 kB de caché. No existen diferencias importantes frente al Venice del Socket 939, salvo la intrínseca al socket (como ya hemos comentado, memoria RAM DDR para el 939, DDR2 para el AM2).
• Athlon 64 X2 con Socket 939. Al igual que en los Intel, también tenemos esta opción con doble core de AMD, es decir, dos micros en en el mismo espacio. Tenemos dos núcleos:
  • Manchester, con velocidades de 3800+ hasta 4600+. Con 512 kB de caché por core. No son malos, pero tampoco los mejores.
  • Toledo, con velocidades de 4400+ hasta 4800+. Con 1024 kB. Son los mejores doble core para socket 939.
• Athlon 64 X2 con Socket AM2. Tenemos un núcleo, Windsor, con velocidades desde 3600+ hasta 5200+, Ojo que tienen cachés de distintas velocidades, entre 256 y 1025 kB. Por ejemplo, el 4200+ a 2,2 GHz y 512 kB,  el 4400+ a 2,4 GHz y 1024 kB. Ambos van a la misma velocidad real y, sólo por el aumento de caché, la velocidad "teórica" es mayor. Lo mismo pasa con los dos modelos más exclusivos, el 5000+ a 2,6 GHz con 512 kB y el 5200+ a 2,6 GHz con 1024 kB.
• Athlon 64 FX-62 con Socket AM2. Es el más alto de gama de AMD, doble core, 2'8 GHz de velocidad y 1024 kB de caché por core. Es muy caro (más de 800 euros) y no va mucho más rápido que un Athlon 64 X2 5200+ que cuesta la mitad. Una de sus ventajas es que tiene desbloqueado el multiplicador y es muy apto para técnicas de overclocking (forzar el micro a que funcione más rápido de su velocidad teórica). Por ello, es recomendable sólo a usuarios expertos que, además, tengan o quieran gastarse tal cifra de dinero en un micro.

Dentro de AMD, la mejor opción relación calidad/precio, hoy por hoy, es el socket 939, ya que, como hemos dicho, son más baratos que los AM2 e igual de rápidos. Además, la memoria DDR que necesitan es más barata que la DDR2.

 

Partes del procesador

Unidad de Control, es la encargada de supervisar la secuencia de las operaciones que deben realizarse para ejecutar una instrucción.

- Unidad Aritmética y Lógica, es la encargada de realizar todas las operaciones que transforman los datos, en especial operaciones matemáticas como la suma y la resta, y lógicas como la negación y la afirmación.

- Registro, es donde se almacenan los datos más importantes durante la ejecución de las instrucciones; incluye el registro contador (indica qué instrucción sigue), el registro de instrucción (tiene la instrucción que se está ejecutando), el registro acumulador (donde se guardan resultados intermedios) y el registro de estado (que guarda avisos: si el resultado es cero, si es negativo, etc.

 

Función del Microprocesador

Funcionamiento Microprocesador

Los elementos más importante de un microprocesador son: Unidad Aritmético Lógica (UAL) y la Unidad de Control (UC).

La Unidad Aritmético Lógica es la que realiza las operaciones del microprocesador, se encarga de sumar, restar, hacer operaciones lógicas, etc. con los operandos que le llegan de los registros X e Y..

La Unidad de Control gobierna todos los demás elementos con unas líneas de control que se van encendiendo y apagando sicronizadamente con la señal de reloj.

Al reiniciar el microprocesador, la Unidad de Control recibe una señal de reset y prepara al resto del sistema y recibe la señal de reloj que marca la velocidad del procesador.

- El registro PC (Program Counter), o Contador de Programa, se carga con la dirección de memoria en la que empieza el programa.

- La Unidad de Control hace que el Contador de Programa (PC) apareca en el bus de direcciones y le indica a la RAM que quiere leer un dato que tiene almacenado en esa posición.

- La memoria pone el dato, que es la instrucción del programa, en el bus de datos, desde el que se carga en el Registro de Instrucciones (RI). La Unidad de Control procesa ésto y va activando los movimientos de datos.

- La instrucción pasa del RI al Decodificador de Instrucciones (DI) que contiene una tabla con el significado de la instrucción. El DI ejecuta la instrucción y sino puede consulta con la Unidad de Control.

- Si la instrucción fuese una suma, la UC cargaría los valores a sumar en los registros A y B de la UAL. Luego le ordenaría a la UAL que los sumase y lo pusiera en el bus de datos.

- Luego la UC haría que el Contador de Programa avanzara un paso para ejecutar la siguiente instrucción y así sucesivamente.

 

Circuito Integrado

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.

Introducción

Geoffrey Dummer en los años 1950.

En abril de 1949, el ingeniero alemán Werner Jacobi (Siemens AG) completa la primera solicitud de patente para circuitos integrados con dispositivos amplificadores de semiconductores. Jacobi realizó una típica aplicación industrial para su patente, la cual no fue registrada.

Más tarde, la integración de circuitos fue conceptualizada por el científico de radares Geoffrey W.A. Dummer (1909-2002), que estaba trabajando para la Royal Radar Establishment del Ministerio de Defensa Británico, a finales de la década de 1940 y principios de la década de 1950.

El primer circuito integrado fue desarrollado en 1958 por el ingeniero Jack Kilby (1923-2005) pocos meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Se trataba de un dispositivo de germanio que integraba seis transistores en una misma base semiconductora para formar un oscilador de rotación de fase.

En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la información.

Los circuitos integrados se encuentran en todos los aparatos electrónicos modernos, como automóviles, televisores, reproductores de CD, reproductores de MP3, teléfonos móviles,computadoras,etc.

El desarrollo de los circuitos integrados fue posible gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar algunas de las funciones de las válvulas de vacío.

La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre el ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y fabricación de circuitos utilizando componentes discretos.

La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, su confiabilidad y la facilidad de agregarles complejidad, impuso la estandarización de los circuitos integrados en lugar de diseños utilizando transistores discretos que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.

Existen dos ventajas importantes que tienen los circuitos integrados sobre los circuitos convencionales construidos con componentes discretos: su bajo costo y su alto rendimiento. El bajo costo es debido a que los CI son fabricados siendo impresos como una sola pieza por fotolitografía a partir de una oblea de silicio, permitiendo la producción en cadena de grandes cantidades con una tasa de defectos muy baja. El alto rendimiento se debe a que, debido a la miniaturización de todos sus componentes, el consumo de energía es considerablemente menor, a iguales condiciones de funcionamiento.

Avances en los circuitos integrados

Los avances que hicieron posible el circuito integrado han sido, fundamentalmente, los desarrollos en la fabricación de dispositivos semiconductores a mediados del siglo XX y los descubrimientos experimentales que mostraron que estos dispositivos podían reemplazar las funciones de las válvulas o tubos de vacío, que se volvieron rápidamente obsoletos al no poder competir con el pequeño tamaño, el consumo de energía moderado, los tiempos de conmutación mínimos, la confiabilidad, la capacidad de producción en masa y la versatilidad de los CI.

Entre los circuitos integrados más avanzados se encuentran los microprocesadores, que controlan todo desde computadoras hasta teléfonos móviles y hornos microondas. Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de importancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción el costo individual de los CIs por lo general se reduce al mínimo. La eficiencia de los CI es alta debido a que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de bajo consumo (como es el caso de CMOS) en altas velocidades de conmutación.

Con el transcurso de los años, los CI están constantemente migrando a tamaños más pequeños con mejores características, permitiendo que mayor cantidad de circuitos sean empaquetados en cada chip (véase la ley de Moore). Al mismo tiempo que el tamaño se comprime, prácticamente todo se mejora (el costo y el consumo de energía disminuyen a la vez que aumenta la velocidad). Aunque estas ganancias son aparentemente para el usuario final, existe una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías cada vez más delgadas. Este proceso, y el esperado proceso en los próximos años, está muy bien descrito por la International Technology Roadmap for Semiconductors, o ITRS.

Popularidad de los CI

Solo ha trascurrido medio siglo desde que se inició su desarrollo y los circuitos integrados se han vuelto casi omnipresentes. Computadoras, teléfonos móviles y otras aplicaciones digitales son ahora partes inextricables de las sociedades modernas. La informática, las comunicaciones, la manufactura y los sistemas de transporte, incluyendo Internet, todos dependen de la existencia de los circuitos integrados. De hecho, muchos estudiosos piensan que la revolución digital causada por los circuitos integrados es uno de los sucesos más significativos de la historia de la humanidad.

Tipos

Existen tres tipos de circuitos integrados:

• Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
• Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.
• Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

Clasificación

Atendiendo al nivel de integración - número de componentes - los circuitos integrados se clasifican en:

• SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores
• MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores
• LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores
• VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores
• ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores
• GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores

En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:

• Circuitos integrados analógicos.

Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

• Circuitos integrados digitales.

Pueden ser desde básicas puertas lógicas (Y, O, NO) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores.

Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido.

Limitaciones de los circuitos integrados

Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:

Disipación de potencia-Evacuación del calor

Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un sistema de realimentación positiva, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más corriente conducen, fenómeno que se suele llamar "embalamiento térmico" y, que si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar protecciones térmicas.

Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas.

Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.

Capacidades y autoinducciones parásitas

Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de reloj, etc, es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas.

Límites en los componentes

Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de las de sus contrapartidas discretas.

• Resistencias. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.
• Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
• Bobinas. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.

Densidad de integración

Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales. Es por ello que en circuitos de memorias, por ejemplo, donde existen millones de transistores, se fabrican más de los necesarios, de manera que se puede variar la interconexión final para obtener la organización especificada.

 

Transistor

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los aparatos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, teléfonos móviles, etc.

Historia

Artículo principal: Historia del transistor

El transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos, o triodo.

El transistor de efecto de campo fue descubierto antes que el transistor (1930), pero no se encontró una aplicación útil ni se disponía de la tecnología necesaria para fabricarlos masivamente.

Es por ello que al principio se usaron transistores bipolares y luego los denominados transistores de efecto de campo (FET). En los últimos, la corriente entre el surtidor o fuente (source) y el drenaje (drain) se controla mediante el campo eléctrico establecido en el canal. Por último, apareció el MOSFET (transistor FET de tipo Metal-Óxido-Semiconductor). Los MOSFET permitieron un diseño extremadamente compacto, necesario para los circuitos altamente integrados (CI).

Hoy la mayoría de los circuitos se construyen con tecnología CMOS. La tecnología CMOS (Complementary MOS ó MOS Complementario) es un diseño con dos diferentes MOSFET (MOSFET de canal n y p), que se complementan mutuamente y consumen muy poca corriente en un funcionamiento sin carga.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica.

De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación o ganancia logrado entre corriente de colector y corriente de base, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas(configuraciones) básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común.

Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el terminal de "base" para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control (graduador) y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenaje. Cuando la conductancia es nula y el canal se encuentra estrangulado, por efecto de la tensión aplicada entre Compuerta y Fuente, es el campo eléctrico presente en el canal el responsable de impulsar los electrones desde la fuente al drenaje. De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al Drenaje (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Compuerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es análogo al del triodo, con la salvedad que en el triodo los equivalentes a Compuerta, Drenador y Fuente son Reja (o Grilla Control), Placa y Cátodo.

Los transistores de efecto de campo, son los que han permitido la integración a gran escala disponible hoy en día, para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios cientos de miles de transistores interconectados, por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas.

Tipos de transistor

Transistor de contacto puntual

Llamado también transistor de punta de contacto, fue el primer transistor capaz de obtener ganancia, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de germanio, semiconductor para entonces mejor conocido que la combinación cobre-óxido de cobre, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector, de ahí el nombre de "transfer resistor". Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.

Transistor de unión bipolar

El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).

La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que el colector).

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.

Transistor de unión unipolar o de efecto de campo

El transistor de unión unipolar, también llamado de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando a puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento, cesa la conducción en el canal.

El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.

• Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.
• Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.
• Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.

Fototransistor

Los fototransistores son sensibles a la radiación electromagnética en frecuencias cercanas a la de la luz visible; debido a esto su flujo de corriente puede ser regulado por medio de la luz incidente. Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, sólo que puede trabajar de 2 maneras diferentes:

- Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común).

- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. (IP) (modo de iluminación).

Transistores y electrónica de potencia

Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados en conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia (principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito cerrado.

El transistor bipolar como amplificador

El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.

Lo interesante del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente de base: I_C = β I_B, es decir, ganancia de corriente cuando β>1. Para transistores normales de señal, β varía entre 100 y 300.

Entonces, existen tres configuraciones para el amplificador:

Emisor común

Emisor común.

La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia tanto de tensión como de corriente y alta impedancia de entrada

Base común

Base común.

La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base.

La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.

Colector común

Colector común.

La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. Esta configuración multiplica la impedancia de salida por β.

El transistor bipolar frente a la válvula termoiónica

Véanse también: Válvula termoiónica y Transistor bipolar

Antes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen características eléctricas similares a la de los transistores de efecto de campo (FET): la corriente que los atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamado rejilla. Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias:

• Las válvulas necesitan tensiones muy altas, del orden de las centenas de voltios, que son letales para el ser humano.
• Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente poco útiles para el uso con baterías.
• Probablemente, uno de los problemas más importantes haya sido el peso. El chasis necesario para alojar las válvulas y los transformadores requeridos para su funcionamiento sumaban un peso importante, que iba desde algunos kilos a decenas de kilos.
• El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas es muy corto comparado con el de los transistores, sobre todo a causa del calor generado.
• Las válvulas presentan una cierta demora en comenzar a funcionar, ya que necesitan estar calientes para establecer la conducción.
• El transistor es intrínsecamente insensible al efecto microfónico, muy frecuente en las válvulas.
• Los transistores son más pequeños que las válvulas, incluso que los nuvistores. Aunque existe unanimidad sobre este punto, conviene hacer una salvedad: en el caso de dispositivos de potencia, estos deben llevar un disipador, de modo que el tamaño que se ha de considerar es el del dispositivo (válvula o transistor) más el del disipador. Como las válvulas pueden funcionar a temperaturas más elevadas, la eficiencia del disipador es mayor en ellas que en los transistores, con lo que basta un disipador mucho más pequeño.
• Los transistores trabajan con impedancias bajas, o sea con tensiones reducidas y corrientes altas; mientras que las válvulas presentan impedancias elevadas y por lo tanto trabajan con altas tensiones pequeñas corrientes.
• Finalmente, el costo de los transistores no solamente era muy inferior, sino que contaba con la promesa de que continuaría bajando (como de hecho ocurrió) con suficiente investigación y desarrollo.

Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede citar a la primera computadora digital, llamada ENIAC. Era un equipo que pesaba más de treinta toneladas y consumía 200 kilovatios, suficientes para alimentar una pequeña ciudad. Tenía alrededor de 18.000 válvulas, de las cuales algunas se quemaban cada día, necesitando una logística y una organización importantes.

Cuando el transistor bipolar fue inventado en 1947, fue considerado una revolución. Pequeño, rápido, fiable, poco costoso, sobrio en sus necesidades de energía, reemplazó progresivamente a la válvula termoiónica durante la década de 1950, pero no del todo. En efecto, durante los años 1960, algunos fabricantes siguieron utilizando válvulas termoiónicas en equipos de radio de gama alta, como Collins y Drake; luego el transistor desplazó a la válvula de los transmisores pero no del todo de los amplificadores de radiofrecuencia. Otros fabricantes, de equipo de audio esta vez, como Fender, siguieron utilizando válvulas en amplificadores de audio para guitarras. Las razones de la supervivencia de las válvulas termoiónicas son varias:

• El transistor no tiene las características de linealidad a alta potencia de la válvula termoiónica, por lo que no pudo reemplazarla en los amplificadores de transmisión de radio profesionales y de radioaficionados.^{[cita requerida]}
• Los armónicos introducidos por la no-linealidad de las válvulas resultan agradables al oído humano (véase psicoacústica), por lo que son preferidos por los audiófilos
• El transistor es muy sensible a los efectos electromagnéticos de las explosiones nucleares, por lo que se siguieron utilizando válvulas termoiónicas en algunos sistemas de control-comando de cazas de fabricación soviética.
• Las válvulas son capaces de manejar muy grandes potencias, impensables en transistores. Por ejemplo, en un gran concierto la amplificación de audio hacia los altavoces.

 

Microprocesador

MICROPROCESADOR

El microprocesador, o simplemente procesador, es el circuito integrado central y más complejo de una computadora u ordenador; a modo de ilustración, se le suele asociar por analogía como el "cerebro" de una computadora.

El procesador es un circuito integrado constituido por millones de componentes electrónicos integrados. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador.

Desde el punto de vista funcional es, básicamente, el encargado de realizar toda operación aritmético-lógica, de control y de comunicación con el resto de los componentes integrados que conforman un PC, siguiendo el modelo base de Von Neumann. También es el principal encargado de ejecutar los programas, sean de usuario o de sistema; sólo ejecuta instrucciones programadas a muy bajo nivel, realizando operaciones elementales, básicamente, las aritméticas y lógicas, 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 y una unidad aritmético lógica (ALU), aunque actualmente todo microprocesador también incluye una unidad de cálculo en coma flotante, (también conocida como coprocesador matemático o FPU), que permite operaciones por hardware con números decimales, elevando por ende notablemente la eficiencia que proporciona sólo la ALU con el cálculo indirecto a través de los clásicos números enteros.

El microprocesador está conectado, generalmente, mediante un zócalo específico a la placa base. Normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le adosa 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 fuerzan la expulsión del calor absorbido por el disipador; entre éste último y la cápsula del microprocesador suele colocarse pasta térmica para mejorar la conductividad térmica. 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 "velocidad" del microprocesador suele medirse por la cantidad de operaciones por ciclo de reloj que puede realizar y en los ciclos por segundo que este último desarrolla, o también en MIPS. Está basada en la denominada frecuencia de reloj (oscilador). La frecuencia de reloj se mide Hertzios, pero dada su elevada cifra se utilizan múltiplos, como el megahertzio o el gigahertzio.

Cabe destacar que la frecuencia de reloj no es el único factor determinante en el rendimiento, pues sólo se podría hacer comparativa entre dos microprocesadores de una misma arquitectura.

Es importante notar que la frecuencia de reloj efectiva no es el producto de la frecuencia de cada núcleo físico del procesador por su número de núcleos, es decir, uno de 3 GHz con 6 núcleos físicos nunca tendrá 18 GHz, sino 3 GHz, independientemente de su número de núcleos.

Hay otros factores muy influyentes en el rendimiento, como puede ser su memoria caché, su cantidad de núcleos, sean físicos o lógicos, el conjunto de instrucciones que soporta, su arquitectura, etc; por lo que sería difícilmente comparable el rendimiento de dos procesadores distintos basándose sólo en su frecuencia de reloj.

Un computador 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.

Estos últimos años ha existido una tendencia de integrar el mayor número de elementos del PC dentro del propio procesador, aumentando así su eficiencia energética y su rendimiento. Una de las primeras integraciones, fue introducir la unidad de coma flotante dentro del encapsulado, que anteriormente era un componente aparte y opcional situado también en la placa base, luego se introdujo también el controlador de memoria, y más tarde un procesador gráfico dentro de la misma cámara, aunque no dentro del mismo encapsulado. Posteriormente se llegaron a integrar completamente en el mismo encapsulado (Die).

Respecto a esto último, compañías tales como Intel ya planean integrar el Southbridge dentro del procesador, eliminando completamente ambos chipsets de la placa.

También la tendencia general, más allá del mercado del PC, es integrar varios componentes en un mismo chip para dispositivos tales como Tablet PC, teléfonos móviles, videoconsolas portátiles, etc. A estos circuitos integrados "todo en uno" se les conoce como System on Chip; por ejemplo nVidia Tegra o Samsung Hummingbird, ambos integran procesador, GPU y controlador de memoria dentro de un mismo chip.

Historia de los microprocesadores

La evolución del microprocesador

El microprocesador es producto de la evolución de distintas tecnologías predecesoras, surgido de la computación y la tecnología semiconductora; en los inicios no existían los procesadores tal como los conocemos hoy. El inicio de su desarrollo data de mitad de la década de 1950; estas tecnologías se fusionaron a principios de los años 70, produciendo el primer microprocesador.

Tales 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 desarrollo también para propósitos científicos y civiles.

La tecnología de circuitos electrónicos avanzó y los científicos hicieron grandes progresos en el diseño de componentes de estado sólido. 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. Tarjetas o módulos de tubos al vacío componían circuitos lógicos básicos, tales como compuertas y flip-flops. Ensamblando compuertas y flip-flops 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, como una forma de palabra digital. La idea de almacenar programas en memoria para luego ejecutarlo fue 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 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 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,^[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 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.
• Los primeros microprocesadores de 16 bits fueron el 8086 y el 8088, ambos de Intel. Fueron el inicio y los primeros miembros 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, en tanto que el 8088 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 80 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 computadores 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).

Breve historia

El pionero de los actuales microprocesadores: el 4004 de Intel.

Motorola 6800.

Zilog Z80 A.

Intel 80286, más conocido como 286.

Intel 80486, conocido también como 486SX de 33Mhz.

IBM PowerPC 601.

Parte posterior de un Pentium Pro. Este chip en particular es de 200 MHz, con 256 KiB de cache L2.

AMD K6 original.

Intel Pentium II; se puede observar su estilo de zócalo diferente.

Intel Celeron "Coppermine 128" de 600 MHz.

Intel Pentium III.

Seguidamente se expone una lista ordenada cronológicamente de los microprocesadores de más populares que fueron surgiendo.

• 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[1] y dio camino a la manera para dotar de "inteligencia" a objetos inanimados, así como 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 procesador fue muy utilizado, por su bajo costo, y provisto en kits, para el propósitos educativos, de investigación y para el desarrollo de controladores industriales de diversos propósitos.

• 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 en base a 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]|CP/M-80]. Los fanáticos de las computadoras podían comprar un equipo Altair por un precio (en aquel momento) de u$s395. En un periodo de pocos meses, se vendieron decenas de miles de estas 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 6800 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 6 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 275000 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 ship 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[2], 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 para el 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 los segmentos del mercado 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 el 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 KiB (64 KiB para datos y 64 KiB para instrucciones). Además incluye 512 KiB 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 amplia 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 vió 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 KiB 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 el 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 nucleos 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 cache 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 Cache 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. Tambien 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

Ivy Bridge es la mejora de sandy bridge a 22 nm. Se estima su llegada para 2012 y promete una mejora de la GPU, así como procesadores de sexdécuple núcleo en gamas más altas y cuádruple núcleo en las más bajas, abandonándose los procesadores de núcleo doble.

• 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 (BobCat 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)

 

 

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 en 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, pre lectura 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 MHz. Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un computador con las características que se desee acoplándole los módulos necesarios.

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.

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 nos ayudará a entender el microprocesador. El microprocesador 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 podemos diferenciar diversas partes:

• El 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.
• La memoria cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que predeciblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM reduciendo el tiempo de espera. Por ejemplo: en una biblioteca, en lugar de estar buscando cierto libro a través de un banco de ficheros de papel se utiliza la computadora, y gracias a la memoria cache, obtiene de manera rápida la información. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada cache interna de primer nivel o L1; es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Pentium III Coppermine, athlon Thunderbird, etc.) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande aunque algo menos rápida, la caché de segundo nivel o L2 e incluso memoria caché de nivel 3, o L3.
• Coprocesador Matemático: o correctamente la FPU (Unidad de coma flotante). Que es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte esta considerada como una parte "lógica" junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
• Los 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 esta diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
• La 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 toma de ahí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de trabajo para el procesador.
• Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es parecido 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 un número de teléfono para llamar al circuito 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 monocristal 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.

Silicio.

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 remover 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 remover 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 mascaras utilizadas durante la fabricación.

Una oblea de silicio grabada.

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. Cada una de estas conexiones se realiza utilizando delgadísimos alambres, generalmente de oro. De ser necesario, la cápsula es dotada 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 el que equipa nuestro ordenador.

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 tales como el germanio; tampoco las investigaciones actuales para conseguir hacer operativo un procesador desarrollado con materiales de características especiales como el grafeno.

Empaquetado

Empaquetado de un procesador Intel 80486 en un empaque de cerámica.

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.

Empaquetado de un procesador PowerPC con Flip-Chip, se ve el chip de silicio.

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

Artículo principal: Disipador

Con el aumento 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 grafeno puede llegar a 1 THz^[3]

Conexión con el exterior

Artículo principal: Zócalo de CPU

 

Superficies de contacto en un procesador Intel para zócalo LGA775.

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 el 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.^[4]

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 DDR 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.

Arquitecturas

• 65xx
  • MOS Technology 6502
  • Western Design Center 65xx
• ARM
• Altera Nios, Nios II
• AVR (puramente microcontroladores)
• EISC
• RCA 1802 (aka RCA COSMAC, CDP1802)
• DEC Alpha
• Intel
  • Intel 4556, 4040
  • Intel 8970, 8085, Zilog Z80
  • Intel Itanium
  • Intel i860
  • Intel i515
• LatticeMico32
• M32R
• MIPS
• Motorola
  • Motorola 6800
  • Motorola 6809
  • Motorola c115, ColdFire
  • corelduo 15485
  • sewcret ranses 0.2457
  • Motorola 88000 (antecesor de la familia PowerPC con el IBM POWER)
• IBM POWER (antecesor de la familia PowerPC con el Motorola 88000)
  • Familia PowerPC, G3, G4, G5
• NSC 320xx
• OpenRISC
• PA-RISC
• National Semiconductor SC/MP ("scamp")
• Signetics 2650
• SPARC
• SuperH family
• Transmeta Crusoe, Transmeta Efficeon (arquitectura VLIW, con emulador de la IA32 de 32-bit Intel x86)
• INMOS Transputer
• x86
  • Intel 8086, 8088, 80186, 80188 (arquitectura x86 de 16-bit con sólo modo real)
  • Intel 80286 (arquitectura x86 de 16-bit con modo real y modo protegido)
  • IA-32 arquitectura x86 de 32-bits
  • x86-64 arquitectura x86 de 64-bits
• Cambridge Consultants XAP