8. EL MICROPROCESADOR.

  8.1. Historia del microprocesador.

8.1.1. Aparición.

8.1.2. Evolución: CISC.

8.1.3. Cambio a la filosofía RISC.

 

8.2. Evolución: Tecnología y prestaciones.

8.2.1. Tecnología de integración.

8.2.2. Potencia de los procesadores.

8.2.3. Capacidad de las memorias.

 

8.3. Los grandes fabricantes.

8.3.1. Semiconductores y ordenadores.

8.3.2. Panorama actual.

 

8.4. Aplicaciones de los microprocesadores.

 

8.5. El futuro.

 

 

8. EL MICROPROCESADOR

 

=> Invención del mprocesador.

> Computador en un Chip.

> "Invento más importante del siglo XX."

> "Uno de los productos más revolucionarios en la historia de la humanidad."

> Origen de la 4ª Generación.

> Cambio radical en la industria de los computadores.

> Otros campos de aplicación casi ilimitados.

=> Evolución del mprocesador.

Factores entrelazados:

> Tecnología de integración.

> Capacidad de las memorias.

> Lenguajes y compiladores.

> Aplicaciones.

 

8.1. Historia del microprocesador.

 

8.1.1. Aparición.

=> Busicom: conjunto de chips para una calculadora (1969).

=> Intel: Ted Hoff diseña un conjunto de chips de propósito general.

=> Primer chip-set con 4 elementos:

CPU de 4 bits.

ROM para almacenar programas.

RAM para datos y resultados.

Registros para E/S.

=> Federico Faggin traído de Fairchild.

Inventor de la puerta MOS integrada.

Diseño físico de los circuitos (1970).

=> Aparición de la Familia 4000 (1971).

4001 ROM de 2048 bits.

4002 RAM de 320 bits.

4003 Reg. desp. de 10 bits.

4004 CPU de 4 bits.

=> Busicom pierde el interés al bajar el precio de las calculadoras.

=> Nuevo contrato:

Busicom exclusividad en calculadoras.

El resto es de Intel.

=> Texas Instruments fabrica LSI MOS.

=> Proyecto 1201 (luego 8008).

Integración de 100 chips TTL.

=> Falta de mercado para la familia 4000.

Hasta entrado 1972:

Problemas con el diseño en Intel.

Falta de experiencia en software.

Especializados en memorias.

=> Deciden seguir con ambas líneas gracias a Ed Gelbach, venido de Texas Instruments.

=> Aumento en las ventas en verano 1972.

=> Nuevo diseño, Intel 8080 en 1974.

Eclosión real de los mprocesadores.

Nueva tecnología nMOS.

Incorporado en centenares de productos diferentes en un año.

 

 

8.1.2. Evolución: CISC

 

=> Procesadores de 8 bits, con instrucciones simples

(<10.000 transistores).

 

8080 Intel 1974

6800 Motorola 1975

Z-80 Zilog 1976

 

=> Mayor capacidad de integración: 16 bits.

(< 100.000 transistores).

Operaciones más complejas (MUL, DIV).

Apoyo a S. O. (Protección, excepciones...)

 

TMS 9900 Texas Inst. 1976

8086 Intel 1978

68000 Motorola 1979

Z-8000 Zilog 1979

80286 Intel 1982

Circuitos de soporte especializados:

Gestión de memoria (MMU).

Coma flotante (FPU).

Entrada/salida (PIO, UART...)

 

  => Microprocesadores de 32 bits

(< 1.000.000 transistores).

Operandos de 32 bits.

Instrucciones más rápidas.

Pipelines de ejecución.

Apoyo a los S.O.

FPU, MMU... integradas.

Cachés en el chip.

NS32032 National S. 1983

68020 Motorola 1983

80386 Intel 1985

68030 Motorola 1987

 

=> Aumento de complejidad

Mayor capacidad de integración.

Más unidades funcionales.

Aproximación a los L.A.N.

Mayor apoyo a los S.O.

 

432 Intel 1981

Orientado a objetos, alta fiabilidad.

 

Transputers INMOS 1985

Proc. paralelo, comunicaciones.

 

CLM Texas Inst. 198?

Procesador LISP.

 

Bajas prestaciones.

Aplicación reducida.

Fracaso comercial.

 

  

8.1.3. Cambio a la filosofía RISC.

 

=> Reflexiones sobre arquitectura de computadores (1980) en Stanford (MIPS) y Berkeley (SPARC).

Complejidad reduce la velocidad.

Incrementa el tiempo de diseño.

Dificulta el diseño de compiladores.

=> Análisis de programas e instrucciones.

Las complejas no se usan.

Sólo se usa un reducido %, simples.

 

=> Se deben diseñar los procesadores:

Con pocas instrucciones, simples.

Que permiten mayor velocidad.

Ahorran tiempo de diseño.

Ahorran espacio en el Chip.

 

=> Reduced Instruction Set Computers

CPUs cableadas.

Pipelines (1 inst./ciclo)

Arquitectura Harvard, load-store.

Muchos registros.

Cachés en el Chip.

 

1986 1987 1988 1989

 

MIPS R2000 R3000

Sun Sparc

Motorola 88000

Intel 80860

 

  => Reacción de las empresas.

RISC ofrece mejores prestaciones.

CISC tiene un mercado establecido.

RISC se asocia a UNIX.

 

1º CRISP = CISC como RISC.

 

80486 Intel 1989

68040 Motorola 1989

Pentium Intel 1994

PentiumPro Intel 1995

 

 

2º RISC de segunda generación.

Las grandes empresas de WorkStations.

 

IBM

RS/6000. Linea Power. (1990).

Apple y Motorola. PowerPC. (1991-92).

HP

PA RISC. (1992).

Alianza con Intel. (1996?).

DEC

Alpha (1992).

Sun

Super (1993), Hyper (94), Ultra (95).

Silicon Graphics

MIPS R4000 (1992).

Compra de MIPS (93?).

R8000 (94), R10000(96).

 

 

8.2. Evolución: Tecnología y prestaciones.

 

=> Potencia x 25.000.

=> Precio /10 cada 10 años.

 

8.2.1. Tecnología de integración.

=> Mejora en los procesos de fabricación.

Decrece Minimum Feature Size.

Aumenta tamaño del lado.

Más componentes, más rápidos.

 

=> Problemas.

Límites tecnología óptica (0,35mm).

Precio de las fabricas (x2).

 

=> Tendencias.

Otras tecnologías (GaAs).

Fabricación (Rayos X, electrones).

3D. En el disipador (SUN, 1997).

 

 

8.2.2. Potencia de los procesadores.

 

=> Ley de Moore. Proporción constante.

Válida en el futuro.

 

=> Factores:

Tecnología.

Diseño.

Paralelismo a nivel de intrucción.

Superpipelines.

Superescalares.

Limitado a 4.

 

 

8.2.3. Capacidad de las memorias.

 

=> Aumenta a ritmo constante.

Tecnología.

Diseño:

Burst, EDO, Pipeline, Sincronas.

 

=> Crecimiento menor que los procesadores.

 

 

 

8.3. Los grandes fabricantes.

 

=> Producto sin mercado (1972).

=> 2.168.000.000 microcontroladores,

166.000.000 microprocesadores, (1993).

 

 

8.3.1. Semiconductores y ordenadores.

 

=> Primeras aplicaciones (Intel + T.I.).

> Calculadoras simples (1972).

Texas Instruments, Sharp, Casio.

> Relojes Digitales (1975).

Texas Instruments, Intel, Casio, Seiko.

> Calculadoras científicas (1975-77).

Texas Instruments, Hewlett-Packard.

> Video juegos (1971-75).

Atari, Coleco, Mattel, Activision (SW)...

  

=> Microordenadores.

> Diversificación de productos y diseños.

> 16 empresas de semiconductores (1979).

> Cuatro líderes en el mercado:

Intel (1971).

Motorola (1974).

Texas Instruments (1972).

Zilog (1976).

> Desarrollos propios en las empresas de ordenadores (IBM, DEC, HP).

 

=> Aparición de los PC.

> IBM elige el 8088 en 1981.

Sencillez de diseño.

Soporte futuro de la arquitectura.

> Proliferación de los clónicos.

Procesadores (AMD, NEC...)

Ordenadores.

> Motorola crea el 68000.

Mejor, más potente arquitectura.

Macintosh, WorkStations (SUN, HP).

Abre nuevos mercados (controladores).

 

=> Maquinas RISC y cambio en el mercado.

> Intel y Motorola comparten el mercado.

> Nuevos diseños (Fairchild, NS).

> Nuevas empresas (MIPS, Acorn).

> Empresas de ordenadores.

  

8.3.2. Panorama actual.

 

=> Asociación de fabricantes.

Semiconductores + ordenadores.

> IBM/Apple + Motorola.

> Hewlett-Packard/Intel.

> Silicon Graphics/MIPS.

 

=> Dos grandes empresas independientes.

> DEC - Alpha.

> Sun - Sparc.

 

=> ¿Demasiadas para el futuro?

 

  

8.4. Aplicaciones de los microprocesadores.

 

=> Aparición de los microcontroladores.

> Microprocesador+RAM+ROM+IO

TMS-1000 (1971, TI).

8048 (1976, Intel).

MC6802 (1979, Motorola).

> Reducción extrema del precio.

> Aplicaciones empotradas.

Automóviles, electrodomésticos...

 

=> Procesadores de señal.

> Tratamiento digital de señales.

2920 (1979, Intel).

TMS320 (1982, TI).

> Relación velocidad/precio.

> Audio, video, medicina, instrumentación...

 

8.5. El futuro.

 

=> Futuro inmediato.

Aumento constante de potencia con tecnología similar.

> Paralelismo: Varios procesadores.

> Latencia de memoria: IRAM.

> Varios conjuntos de instrucciones: VLIW.

 

=> Saltos más radicales:

> Computación cuántica.

> Computación óptica.

> Biocomputación.

 

=> Integración sobre cualquier superficie:

> Tarjetas inteligentes.

 

=> Procesadores y comunicaciones.

> Java chips.