Ensayo sobre procesadores

TEMAS SELECTOS DE FILOSOFÍA CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Procesadores Ensayo Arturo

2011

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

Procesadores

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Tabla de contenido Introducción ...................................................................................................................................... 3 Desarrollo .......................................................................................................................................... 3 Historia de los microprocesadores ................................................................................................. 3 Cronología.......................................................................................................................................... 4 Ley de Moore ..................................................................................................................................... 7 Funcionamiento ................................................................................................................................. 8 Fabricación......................................................................................................................................... 9 Procesadores en la tecnología móvil............................................................................................... 11 Conclusión ....................................................................................................................................... 12

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Introducción Este ensayo tratara sobre las características de los procesadores, ¿Cómo influyen en nuestra vida diaria?, ¿Dónde los podemos encontrar?, también sobre sus inicios, y como es que han cambiado a través del tiempo, y lo que podríamos esperar a futuro sobre ellos, se manejara lo que es procesadores de computadoras y últimamente de las tablets y teléfonos celulares que tan de moda están, y que es lo que obtenemos gracias a ellos.

Desarrollo Historia de los microprocesadores 1 El microprocesador como lo conocemos hoy en día es producto de la evolución de tecnologías predecesoras, es el nacimiento de la tecnología semiconductora y la computación, este inicio data de la mitad de la década de 1950, y se terminaron de fusionar a principios de los años 70, donde se produjo el primer microprocesador. Su desarrollo empezó a partir de la segunda guerra mundial, donde los científicos militares, desarrollaron computadoras específicas para las aplicaciones militares, a mediados de la década de 1940, la computación emprendió un fuerte desarrollo para propósitos tanto científicos, como civiles. Esta tecnología avanzo y los científicos hicieron grandes progresos en el diseño de componentes de estado sólido. En 1948 los laboratorios Bell crearon el transistor. En los 50’s aparecieron las primeras computadoras digitales de propósito general, su uso era a través de tubos al vacio, o comúnmente conocidos como bulbos, estas computadoras eran bastante grandes y un poco “latosas” ya que si se fundía algún bulbo dejaba de funcionar y había que ir revisando cual era el afectado. En esta misma época los circuitos dieron avances, empleando silicio (disminuía los costos y permitía la producción a gran escala), de esta forma se reemplazaron los bulbos por transistores a finales de los cincuentas.

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Microprocesador, unión de “micro” del griego y procesador, es válido denominarlo también solamente procesador, ya que la escala de integración ha ido disminuyendo de micrométrica a nanométrica, y además a pesar de todo sigue siendo un procesador.

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A principio de los 60’s la construcción de computadoras tuvieron un gran avance, surgiendo nuevas tecnologías, a mediados de esa misma década se producen familias de circuitos de lógica digital, dispositivos integrados en escala SSI y MSI que corresponde a una baja y mediana escala de integración de componentes.

Cronología

1974: SC/MP 1971: Intel 4004 1er procesador del mundo, CPU de 4 bits.

1972: Intel 8008 Producido bajo pedido, no cumplio con la expectativas.

1974: Intel 8080

1975: Motorola 6800

Fue el primer CPU de la primera computadora personal, se vendieron decenas de miles de PC's por $395 US.

Contenia aproximadamente 6800 transistores, se derivaron varios modelos derivados del mismo.

Desarrollado por National Semiconductor, presentaba bus de direcciones de 16 bits y bus de datos de 8 bits, podia liberar buses a fin de ser compartidos por varios procesadores.

1976: el Z80 Creado por Zilog Inc. esta basado en el Intel 8080, aun usado en sistemas embebidos.

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1978: Los Intel 8086 y 8088

1982: Intel 80286

Tuvo gran exito gracias a su uso en la "IBM PC", y catapulto a Intel dentro de las 500 mejores compañias

Contaba ya con 275000 transistores, y añadio la arquitectura de 32 bits, lo que porporcionaba capacidad multitarea

1989: El intel 80486

1991: AMD AMx86

el primero en ofrecer un coprocesador matematico o FPU integrado

llamado "clones" de intel, lograron superar la frecuencia del reloj a menor precio

1985: El VAX 78032 Preferido de la comunidad cientifica y de ingenieria durante la decada de 1980.

1993: PowerPC 601 Venia con velocidades de 50 y 60 MHz, contaban con tecnologia RISC, surge de la alianza de IBM, Apple y Motorola

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1993: Intel Pentium capaz de ejecutar dos operaciones a la vez, estaba dotado de bus de datos de 64 bits, manteniendo compatibilidad de 32 bits para operacione sinternas y registros

1994: PowerPC 620 primer prototipo de processador PowerPC de 64 bit, diseñado para uso en servidores para aplicaciones de base de datos y videos

1995: El intel Pentium Pro (profesional) se diseño con arquitectura de 32 bits, se uso en servidores y estaciones de trabajo (de redes), aunque se impulso rapidamente su integracion a computadoras, contenia 5,5 millones de transistores

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En la arquitectura computacional, RISC (del inglés reduced instruction set computer) es un tipo de microprocesador con las siguientes características fundamentales: Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos. Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.

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1997: Intel Penitum II 1996: AMD K6 y K6-2 Consiguio la competencia con los pentium MMX de intel, ademas de que era un procesador casi a la altura de un Pentium II por un precio muy inferior.

mejora el rendimiento en la ejecucion de codigo de 16 bits, añade el conjunto instrucciones MMX, elimina la memoria cache de segundo nivel del nucleo, colocandola en una tarjeta de circuito impreso

2000: Intel Pentium 4

2006: Intel Core Duo

Procesador de septima generacion basado en la arquitectura x86, Intel sacrifico rendimiento de cada ciclo para obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo

Ofrecia 4 nucleos con el conjunto de instrucciones x86-64 basado en una nueva arquitectura, proveia etapas de decodificacion, unidades de ejecucion, cache y buses mas eficientes.

2008: AMD Phenom II y Athlon II

Llegan para reemplazar los chips Nehalem, no ofrecen sustanciales cambios en arquitectura, pero si los necesarios para hacerlos mas eficientes y rapidos que los modelos anteriores, mejora desempeño en 3D y todo lo relacionado con multimedia, integra GPU

1999: Intel Celeron nombre de la gama de bajo costo, proporciona a los consumidores gran actuacion a bajo costo, entrego desempeño destacado para juegos y software educativo.

2008: Intel Core Nehalem

2011: Intel Core Sandy Bridge dan soporte a DDR3, permite aumentar la cantidad de cache, pasa de 2 Mb a 6 Mb, AMD tambien lanza un triple nucleo llamado Athlon II X3

Los Core i7, procesadores de 4 nucleos de la arquitectura x86-64, son los primeros que usan la microarquitectura Nehalem y es el sucesor de la familia Intel Core 2, elimina el Northbridge implementando puertos PCI Express, implemental el Hyperthreading creando 4 nucleos logicos, se vuelve a usar frecuencias altas.

2011: El AMD Fusion nombre clave para un diseño futuro de microprocesadores Turion, producto de la fusion entre AMD y ATI, combinado con la ejecucion general del procesador, el proceso de la geometria 3D y otras funciones de GPUs actuales.

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Ley De Moore Esta ley nos dice que aproximadamente cada 18 meses se duplica el número de transistores en un circuito integrado, se trata de una ley empírica propuesta por el co-fundador de Intel Gordon E. Moore, el 19 de Abril de 1965, hasta el día de hoy esta ley se ha cumplido. Aunque bien esta ley como lo explica el mismo Moore no podrá ser para siempre, ya que existen dos problemas fundamentales aquí, el primero es el uso de nuevas tecnologías y es posible que surja una nueva tecnología y por ende ya no se usen transistores, la otra es que estamos llegando en un punto en el que el tamaño de los transistores es muy pequeño, y llegara un punto en el que tampoco podamos hacer aun más pequeños los transistores.

Numero de transistores en un procesador 450000000 410000000

400000000 350000000 300000000 250000000

220000000

200000000 150000000 100000000 50000000

42000000

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3100000

1180000 1989

7500000

1997

1999

2000

2002

2003

Más tarde en 1975, modifico su propia ley al corrobar que el ritmo bajaría y que la capacidad de integración se duplicaría cada 24 meses. El propio Moore le puso fecha de caducidad a su ley, diciendo “Mi ley dejara de cumplirse dentro de 10 o 15 años (desde 2007)”, argumentando que alguna nueva tecnología vendría a sustituir la actual, esta ley también nos dice que los precios bajan y las prestaciones suben, una computadora que hoy vale 10’000 pesos costara la mitad el siguiente año, y en dos será obsoleta.

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Funcionamiento Su funcionamiento está basado de forma muy básica a:  Varios registros.  Unidad de control.  Unidad aritmético lógica.  Puede contener además una unidad de coma flotante. A partir de estas bases ejecuta las instrucciones almacenadas en forma de números binarios organizados en una secuencia en su memoria principal, esta ejecución de realiza en varias fases:  Prefetch; hace una pre lectura de la instrucción que toma de la memoria principal.  Fetch; decodifica la instrucción, determina que instrucción recibió y que es lo que se va a realizar.  Lectura de operandos (si es que existen).  Ejecución, lanzamiento de las maquinas de estado necesarias para llevar a cabo el proceso.  Escritura de los resultados en el registro o memoria principal. Todas estas fases se realizan ya sea en varios o en un solo ciclo de CPU, esto depende de la estructura en la que está basado el procesador, sobre el tiempo que le llevara tomar estas operaciones al procesador depende de la frecuencia a la que esté ajustada el reloj, el reloj que actualmente poseen los procesadores genera miles de megahercios

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Fabricación Procesadores de silicio. Este proceso es bastante complejo, aunque empieza de una forma muy sencilla, empieza con un puñado de arena con la que se fabrica un monocristal de aproximadamente un tamaño de 20 x 150 cms, se funde el material a una temperatura de 1,370 °C y de forma muy lenta se va formando el cristal (10 a 40 mm por hora)

De este cristal se cortan los extremos y la superficie exterior de forma de obtener un cilindro perfecto, después se corta en obleas de 10 micras de espesor, lo que viene equivaliendo a la decima parte del espesor de un cabello humano, para esto se usa sierra de diamante, y de cada cilindro se obtienen miles de obleas y de cada oblea se obtendrán cientos de procesadores. De aquí las obleas son pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana, pasado por un proceso denominado “annealing” lo que equivale a calentarlo a temperaturas extremas para remover cualquier impureza o defecto que pudiera haberse producido, después de eso se verifican con unos láseres para detectar cualquier imperfección y finalmente se les aplica una capa aisladora formada por oxido de silicio, que se transfiere a través de deposición de vapor. A partir de aquí comienza lo que se llama como “dibujado” de los transistores que conforman a cada microprocesador, a pesar de ser bastante complejo y preciso, básicamente consiste en la “impresión” de sucesivas mascaras sobre la oblea, la oblea se endurece a través de luz ultravioleta y atacada con ácidos encargados de remover zonas no cubiertas por la impresión. Los detalles de un procesador son tan pequeños que una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos, es por eso que las salas donde se fabrican estos procesadores se denominan

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salas limpias, llamadas de clase 1, el numero uno nos indica la cantidad máxima de partículas que puede haber en un pie cubico de aire, un hogar normal seria de clase 1 millón.

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Procesadores en la tecnología móvil Fueron anunciados en 2008 y el primer dispositivo en tener uno de estos procesadores fue el Zune HD Se denominan como los primeros procesadores móviles de cuatro núcleos y dobles, para una experiencia más rica en navegación web y una respuesta mucho más rápida, estos procesadores nos ofrecen un consumo muy bajo de energía y prestaciones muy altas como interfaces 3D o resolución de video en 1080p

Otro procesador nuevo de última generación es el famoso “A5” de Apple, usado en su tablet “iPad” y su celular “iPhone” exclusivamente, este procesador fue diseñado por Apple y manufacturado por Samsung, reemplazando al A4, es un procesador Dual core basado en ARM con aceleradores y una GPU dual también incluida en la misma arquitectura, comparando con su predecesor el CPU es el doble de potente y la GPU se dice que puede llegar a ser hasta nueve veces más potente, si n embargo el precio necesario para construirlo es un 75% más elevado que su predecesor.

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Conclusión Los procesadores han llevado sin lugar a duda un crecimiento bastante importante, y cada año que pasa es bastante grande su desarrollo, tanto en computación como en tecnología móvil, la tendencia es conseguir mayor potencia a un consumo de energía mucho menor, y obviamente a un precio también mucho más accesible, esto sin lugar a dudas nos lleva a una búsqueda constante de nuevas tecnologías, nuevas formas de elaborarla y buscar formas más eficientes para lograrlo, también forman una parte importante de nuestra vida ya que casi en cualquier aparato electrónico podemos encontrar uno, ya sea desde una simple calculadora, hasta la computadora más potente, o hasta los robots que van a buscar vida en otros planetas cuentan con estos dispositivos.

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