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INFRASESTRUCTURA TECNOLOGICA
UNIDAD 4
TECNOLOGIAS DE LOS PROCESADORES
Qué es un microprocesador:
Un ordenador es una máquina fundamentalmente secuencial. Esto quiere decir
que realiza sus tareas una detrás de otra, siguiendo el orden en el que están las
instrucciones para realizarlas.
Sus componentes básicos serán, por tanto, un lugar donde almacenar las
instrucciones y datos (Memoria) y un elemento encargado de ejecutar los
procesos indicados por esas instrucciones (Unidad Central de Proceso o CPU).
La CPU debe incluir todos los componentes necesarios para leer la memoria,
decodificar las instrucciones y ejecutar cálculos aritméticos y lógicos. En los
ordenadores de pequeño tamaño (minis y micros), la CPU está integrada dentro
de un solo chip de silicio, a este chip se le conoce por el nombre de
microprocesador.
Un microprocesador consta de:

serie de registros

Unidad Aritmética-Lógica (ALU)

circuitos de control para la comunicación interna y externa.
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Familia de los Microprocesadores (INTEL)}
MODELO
4004
8080
80280
80386
80486
Pentium
BITS
8 BITS
8 BITS
16 BITS
32 BITS
CARACTERISTICAS
Pentium II y PRO
Coprocesador integrado
2 reloj, incremento memoria
cache, operaba con num.
Flotantes.
3 procesadores, tarjeta de
circuito impreso, viene
montado o soldado en la
tarjeta madre. No tiene
memoria cache interna.
Pentium XEON
Memoria cache
64 BITS
NOTA: Velocidad del reloj y la cantidad de procesadores en paralelo, en estas dos variantes se basan para la evolución de los
microprocesadores.
LEY DE MOORE
La "Ley de Moore" es la que rige esta frenética evolución. Dice así: cada 18
meses la potencia de los ordenadores se duplica. Este dato puede parecer
sorprendente, pero el caso es que la Ley de Moore lleva cumpliéndose desde
hace cuatro décadas. El 19 de abril de 2005 cumplirá 40 años en vigor.La persona
cuyo nombre lleva la Ley de Moore se llama Gordon. Nació en 1929 en el
pequeño pueblo de Pescadero, en California. Químico de carrera, hizo el
doctorado en Física y Química, y no fue hasta que empezó a trabajar que se
encontró con los circuitos integrados. Trabajó a las órdenes del premio nobel de
física William Shockley en sus laboratorios. A los pocos años, ocho trabajadores
incluido Moore abandonaron la compañía cansados de las extravagancias de su
jefe y fundaron una compañía de semiconductores llamada Fairchild.
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Gordon Moore
En el momento de escribir el artículo que originó su ley, Moore era Director de los
laboratorios de Fairchild. Fue más tarde, junto a uno de sus compañeros en
Shockley y en Fairchild, que se llamaba Robert Noyce, cuando creó Intel, en el
verano de 1968.
Hoy, Intel es el primer fabricante mundial de microprocesadores. Moore fue
sucesivamente Vicepresidente, Presidente, CEO, y más tarde Director Honorario,
hasta que se jubiló con 72 años. En el año de su jubilación, figuraba en el puesto
60 de la lista Forbes de las personas más ricas del mundo.
Era 1965. La revista Electronics Magazine cumplía 35 años, y le pidieron a
Moore un artículo en el que predijera como sería la electrónica del futuro próximo,
en unos 10 años. Moore se fijó en los circuitos integrados, que tenían por
entonces 4 años de vida, y en su evolución hasta entonces. Observó que el
número de transitores y resistencias estaba doblándose cada año. Así que eso
mismo fue lo que predijo: "El número de componentes de un circuito integrado
seguirá doblándose cada año, y en 1975 serán mil veces más complejos que en
1965". En aquel momento el circuito integrado más complejo tenía 64
componentes, así que estaba aventurando que en el 75 tendría que haber un
mínimo de 64.000. Todo el mérito de Moore consistió en decir que en 10 años
ocurriría más o menos lo mismo que estaba ocurriendo entonces. Y en acertar.
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El artículo que Moore escribió se titula: "Meter más comoponentes en los circuitos
integrados", y la traducción del párrafo concreto donde hace su predicción es la
siguiente: "La complejidad de los componentes se ha multiplicado
aproximadamente por 2 cada año. A corto plazo, se puede esperar que esta tasa
se mantenga, o incluso que aumente. A largo plazo, la tasa de aumento es un
poco más incierta, aunque no hay razón para creer que no permanecerá constante
por lo menos durante 10 años. Esto significa que para 1975, el número de
componentes en cada circuito integrado de mínimo coste será de 65000. Creo que
un circuito tan grande puede construirse en una sola oblea."
Moore explica cómo llegó a esa conclusión: "Habíamos duplicado más o menos
cada año desde el primer transistor - llamo a ese momento el Año Cero, en 1959,
con un sólo transistor. Habíamos subido a 64 en seis años, así que dije "Ahá, se
está duplicando cada año. Vale, pues va a seguir así durante 10 años más". Así
que extrapolé un factor de incremento de mil veces en la complejidad de los
circuitos, no esperando ninguna precisión, pero queriendo remarcar la idea de la
forma en que los transistores se iban a usar... En esos 10 años seguimos
duplicando cada año con bastante exactitud."
Junto a ese concepto, que más tarde sería bautizado como su ley, aunque
científicamente es una predicción, Moore lanzaba algunas otras ideas que más
tarde se cumplirían: "Los circuitos integrados llevarán a maravillas tales como
ordenadores personales, o por lo menos terminales conectadas a un ordenador
central, controles automáticos para los coches, y equipamiento de comunicaciones
portátil personal".
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Y el número de componentes siguió, más o menos, el camino que Moore había
previsto. El primer microprocesador de Intel, el 4004 (1971) tenía 2.250
transistores; en 2002, el Pentium 4 tenía más de 50 millones.
Nº de
Tecnología
Transistores (micras)
4004
1971
2.250
10
8008
1972
3.500
10
8080
1974
6.000
6
8086
1978
29.000
3
286
1982
134.000
1.5
386
1985
275.000
1
486DX
1989
1.200.000
0.8
Pentium
1993
3.100.000
0.8
Pentium II 1997
7.500.000
0.35
Pentium III 1999 28.000.000
0.18
Pentium4 2002 55.000.000
0.13
Procesador Año
...y lo que se interpretó despues
La acepción de la Ley de Moore ha cambiado con el tiempo. El artículo original
decía que el número de componentes por chip que se podían colocar se duplicaría
cada año. Pero esto no tenía aún nada que ver con los ordenadores actuales,
porque el microprocesador todavía no se había inventado. Y no se había creado
porque la compañía que lo creó todavía no existía: Intel nació en el 68 y la ley es
del 65, cuando Moore todavía trabajaba en Fairchild.
En 1975, en una reunión del IEEE (Institue of Electrical and Electronic
Engineering), justo despues de comprobar el resultado de su predicción, Moore
pensó que el ritmo se ralentizaría, y decidió modificar el tiempo de duplicación,
fijándolo en 2 años.
En los años 80, las resistencias se dejaron de contabilizar en el número de
componentes, y la Ley de Moore se comenzó a conocer como la duplicación del
número de transistores en un chip cada 18 meses. Lo curioso del caso es que
Moore nunca dijo 18 meses. Fueron sus compañeros en Intel quienes introdujeron
esa cifra, al tener en cuenta que además del número de transistores, se
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aumentaba la frecuencia de reloj.
Al inicio de los 90, se entendía por Ley de Moore el duplicar la potencia de un
microprocesador cada 18 meses.
A finales de los 90, la interpretación económica tomó más fuerza. En 1968 con un
dólar se podía comprar un transistor. En esos años se podían comprar más de 50
millones. Este dato favoreció la interpretación de que dado un coste fijo, la
potencia de computación que se podía comprar con esa cantidad era el doble
cada 18 meses. O dicho de otra forma, el coste de un ordenador disminuyendo a
la mitad cada año y medio.
Puntos sobresalientes:
 Le llaman ley empírica (no es científicamente probada).
 # de transistores se duplicaba cada 2 años por 20 años.
 Su idea original tuvo correcciones
¿Tiene esta ley fecha de caducidad?
Según el propio Moore, su predicción seguirá teniendo validez en el año 2011. Eso
significa que manejaremos chips de 10 gigahertzios, con tecnología de 0.07
micras, y mil millones de transistores.
A partir de ahí podría magnificarse uno de los problemas de la Ley de Moore, el
suministro de potencia eléctrica, ya que mil millones de transistores requieren un
buen número de kilowatios/hora para funcionar. Este es uno de los grandes
problemas de la evolución de la electrónica, en particular para equipos portátiles.
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ESTRUCTURA DEL PROCESADOR
Ejemplificare la estructura de los microprocesadores en los siguientes:
8088
Intel 8088
CPU
Microprocesador Intel 8088
Producción:
Desde 1979
hasta 1982
Fabricante:
Intel
Velocidad de CPU:
4.77 MHz
Conjunto de
instrucciones:
x86
Socket:
40 pin DIP
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SU ESQUEMA:
Registros generales y de índice (AX,BX, CX, DX y SI, DI, BP, SP)
Registros de segmento (CS, DS, ES, SS)
Sumador de direcciones
Bus de direcciones (20 bits, es decir, 220 direcciones = 1 MB de
direccionamiento)
5. Queue de instrucciones (cola de instrucciones)
6. Unidad de ejecución (EU)
7. Lógica de control del bus??
8. Bus de datos de la ALU (16 bits)
9. Unidad Aritmético Lógica (ALU)
10. Bus de direcciones
11. Bus de datos
12. Bus de control
1.
2.
3.
4.
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PINES DEL 8088
+--\_/--+
GND 1|
|40 Vcc (+5V)
<-- A14 2|
|39 A15 -->
<-- A13 3|
|38 A16 --> S3 -->
<-- A12 4|
|37 A17 --> S4 -->
<-- A11 5|
|36 A18 --> S5 -->
<-- A10 6|
|35 A19 --> S6 -->
<-- A9 7|
|34 !SSO....HIGH, -->
<-- A8 8|
|33 MN/!MX
<-<-> D7 <-- A7 9| Intel |32 !RD
-->
<-> D6 <-- A6 10| 8088 |31 HOLD....!RQ/!GTO <->
<-> D5 <-- A5 11|
|30 HLDA....!RQ/!GT1 <->
<-> D4 <-- A4 12|
|29 !WR.....!LOOK -->
<-> D3 <-- A3 13|
|28 M/!IO...!S2
-->
<-> D2 <-- A2 14|
|27 DT/!R...!S1
-->
<-> D1 <-- A1 15|
|26 !DEN....!S0
-->
<-> D0 <-- A0 16|
|25 ALE.....QS0
-->
--> NMI 17|
|24 !INTA...QS1
-->
-->INTR 18|
|23 !TEST
<---> CLK 19|
|22 READY
<-GND 20|
|21 RESET
<-+-------+
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ESTRUCTURA DEL MICROPROCESADOR Z-80
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ESQUEMA DE UN SISTEMA MINIMO
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IO/(~M) Significa “negado” o “testado”
Cualquier pata de un microprocesador cuando tiene algo testado
Significa que va estar inactivo.
Logica negativo=su estado siempre va estar en cero.
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CONJUNTO DE INSTRUCCIONES DE LAS ARQUITECTURAS
METODO DE DIRECCIONAMIENTO: Se refiere a la forma en como vamos a
cargar los datos en los registros internos del microprocesador.
Ejemplifiquemos en el microprocesador 8088 (CISC):
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CONJUNTO DE INSTRUCCIONES DEL PCI16F84 (RISC):
La diferencia entre un CISC y un RISC:
1. En CISC:
Hay instrucciones para sumar multiplicar, etc., y pues esto nos lleva a
simplificar el proceso de las operaciones aritméticas
2. En RISC:
No existen operaciones aritméticas y todo se tiene que hacer por métodos
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CONJUNTO DE INSTRUCCIONES DEL Z80:
Salida M1 (Machine 1)
Se utiliza para indicar que el ciclo de máquina en curso es el de búsqueda de
instrucción. También se activa junto con IORQ para indicar un acuse de recibo a
una petición de interrupción.
Salida MREQ (Memory Request)
Se utiliza para indicar que el microprocesador desea acceder a la memoria.
Salida IORQ (Input/Output Request)
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Se utiliza para indicar que el microprocesador desea acceder a un port de
entrada/salida. También se utiliza junto con M1 para indicar un acuse de recibo a
una petición de interrupción.
Salida RD (Read)
Se utiliza para indicar que se desea leer una posición de memoria o un port de
entrada/salida.
Salida WR (Write)
Se utiliza para indicar que se desea escribir en una posición de memoria o en un
port de entrada/salida.
Salida RFSH (Refresh)
Se utiliza para indicar que se está en un ciclo de regeneración de memoria, y la
dirección presente en los siete bits inferiores del bus de direcciones junto con la
señal MREQ se deben usar para una lectura de refresco de memoria.
Salida HALT
Se utiliza para indicar que el microprocesador ha ejecutado una instrucción
"HALT" y está esperando una petición de interrupción para atenderla. Durante este
tiempo, se ejecuta continuamente la instrucción NOP con el fin de mantener la
lógica de regeneración de memoria.
Entrada WAIT
Le indica al microprocesador que tiene que esperar, ya que la memoria o el
dispositivo de entrada/salida direccionado, no está listo para recibir la
transferencia de datos solicitada.
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