Procesadores

Historia

El primer procesador comercial, el Intel 4004, fue presentado el 15 de noviembre de 1971. Los diseñadores fueron Ted Hoff y Federico Faggin de Intel, y Masatoshi Shima de Busicom (más tarde ZiLOG).Los microprocesadores modernos están integrados por millones de transistores y otros componentes empaquetados en una cápsula cuyo tamaño varía según las necesidades de las aplicaciones a las que van dirigidas, y que van desde el tamaño de un grano de lenteja hasta el de casi una galleta. Las partes lógicas que componen un microprocesador son, entre otras: unidad aritmético-lógica, registros de almacenamiento, unidad de control, Unidad de ejecución, memoria caché y buses de datos control y dirección.

Antecedentes

Entre estas evoluciones podemos destacar estos hitos:

•ENIAC (Electronic Numeric Integrator And Calculator) Fue un computador con procesador multiciclo de programación cableada, esto es, la memoria contenía sólo los datos y no los programas. ENIAC fue el primer computador, que funcionaba según una técnica a la que posteriormente se dio el nombre de monociclo.

•EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) fue la primera máquina de Von Neumann, esto es, la primera máquina que contiene datos y programas en la misma memoria. Fue el primer procesador multiciclo.

•El IBM 7030 (apodado Stretch) fue el primer computador con procesador segmentado. La segmentación siempre ha sido fundamental en Arquitectura de Computadores desde entonces.

•El IBM 360/91 supuso grandes avances en la arquitectura segmentada, introduciendo la detección dinámica de riesgos de memoria, la anticipación generalizada y las estaciones de reserva.

•El CDC 6600 fue otro importante computador de microprocesador segmentado, al que se considera el primer supercomputador.

•El último gran hito de la Arquitectura de Computadores fue la segmentación superescalar, propuesta por John Cocke, que consiste en ejecutar muchas instrucciones a la vez en el mismo microprocesador. Los primeros procesadores superescalares fueron los IBM Power-1.

 Caracteristicas generales del procesador

Nota: Para no entrar en redundancia le mostraremos sola las características de los procesadores de las compañías más destacadas en la historia (AMD & INTEL)

Existen características comunes a todos los modelos. Estas características serán las que debamos de tomar en cuenta al seleccionar que tipo de procesador nos conviene elegir.

Velocidad interna del procesador

Se refiere a los ciclos por segundo a los que opera. La ejecución de una instrucción puede tardar uno o más ciclos por segundo (incluso hay procesadores que pueden ejecutar varias instrucciones en un ciclo de reloj), por lo que mientras mayor sea la Velocidad interna más instrucciones podrá procesar.

Bus:                                                                                                            

Imaginemos una calle de 2 carriles por donde circulan carros. Se podría decir que tenemos un procesador de 2 bits es decir se pueden pasar dos carros al mismo tiempo. En la actualidad los procesadores comerciales son de 32 ó 64 bits, por lo que tendríamos avenidas de 32 o 64 carriles respectivamente claro, pudiendo transportar instrucciones   (una instrucción de 64 bits) con un bus más grande.

Front side bus (FSB) [Intel]:
 

Aquí es a donde se comunica el subsistema de memoria y los dispositivos que se comunican con el procesador mediante los canales de la tarjeta madre (puente norte). La velocidad de este Bus es lo que hace que nuestro procesador se comunique rápido o lento con el puente norte (memoria RAM, video AGP o PCI exprés) y el puente sur (Discos duros, comunicaciones, dispositivos de entrada, USB, etc...) de nuestra tarjeta madre. Este es un factor muy importante a considerar puesto que si la velocidad de este Front Side Bus (FSB) es poca, la información pasará lentamente al interior del procesador creando un cuello de botella. Digamos que un procesador Celeron tiene un FSB de 400 Mhz y la Velocidad interna es de2.2 Ghz, debemos de introducir el concepto de multiplicador, siendo que si dividimos 2,200Mhz de la velocidad interna entre 400 Mhz del FSB tendremos un multiplicador de 5.5. Debemos procurar que el multiplicador sea un número pequeño y no rebase de los 12 porque tendríamos un gran cuello de botella.

Los datos viajan en paralelo por el bus de 32 bits a la velocidad del Front Side Bus (FSB).

 Hyper Transport (AMD)

  

 Es sin embargo la tecnología que aprovecha mucho mejor la transmisión de los datos por dos buses de 32 bits, uno de ida y uno de regreso. Lo interesante de esto es que los datos que viajan a través de estos buses vienen codificados de tal manera que permite obtener entre un 20 y 25% mayor rendimiento sobre estas vías de comunicación.

La codificación es mejor conocida como un protocolo de comunicación que permite enviar instrucciones tanto de 32 bits como de 64 bits. Se envía la información una detrás de la otra y puede que se utilice tan solo un poco del canal de los 32 bits para completar la instrucción inmediata anterior, y ya no se pierde tiempo en la espera de una nueva instrucción completa de 32 bits como en el FSB, sino que se administra mejor el bus. Por esta razón se dice que la información viene en serie o en paralelo. 

La tecnología FSB se ve fuertemente afectada por los retrasos en la comunicación, ya que no utiliza un protocolo de comunicación sino que simplemente se comunica a comparación de la tecnología Hyper Transport de AMD que regula el tránsito a su conveniencia.

Memoria cache L1, L2, L3. 

El Caché en general es información almacenada para su pronta recuperación, es decir, si el procesador detecta que existen instrucciones que son constantemente utilizadas, las guarda en la memoria cache para obtener esta información mucho más rápido, a comparación de viajar hasta la memoria RAM para obtenerla. Es bueno tener memoria caché porque tenemos información al instante sin embargo no se recomienda memoria excesiva puesto que el núcleo siempre va a buscar información primero dentro del caché y si no la encuentra va a buscarla a la memoria RAM, por lo que en lugar de ir directamente a la memoria RAM perdió tiempo en ir a buscar los datos al cache. Esto responde a la teoría de tiempos y movimientos de Taylor que nos dice que mientras más a la mano tengamos nuestras herramientas de trabajo, menos tiempo desperdiciaremos en ir por ellas y utilizarlas. Así mismo si pensábamos tener unas pinzas a la mano y no las encontramos nos tardamos más en buscarlas y después ir por ellas que si hubiésemos ido por ellas desde un principio a la pared de herramientas.

 La memoria cache de nivel uno: (L1) es por lo general de muy pocos kb por ser la que se encuentra más cerca del núcleo del procesador y ser aproximadamente 5 veces más rápida que la memoria RAM.

 La memoria cache de nivel dos: (L2) es mucho más grande que la de nivel uno, puede almacenar datos de frecuente uso y está un tanto más lejos que el núcleo.

 La memoria cache de nivel tres: (L3) es una adaptación que utilizan algunos procesadores de cuádruple núcleo de forma compartida entre núcleos.

Otra configuración interesante de los procesadores de dos o más núcleos es que pueden ono compartir la memoria cache.

 Procesadores de dos o mas nucleos:                                                                    

La construcción de los núcleos para procesadores llegó al máximo rendimiento, reduciendo siempre la distancia entre un componente y otro para obtener mayor velocidad (nanómetros o nm.). Por lo que se optó por utilizar dos núcleos en un principio que se dividieran la carga de trabajo; por ejemplo en un videojuego, un núcleo se encargará de los gráficos mientras el otro de realizar los cálculos inherentes al programa y el control del mismo.

 Así es como AMD se aventura a sacar procesadores dos núcleos (AMD Athlon 64 x2), de 3núcleos (AMD Phenom X3 8000) y posteriormente Intel y con su famoso Core 2 quad de cuatro núcleos.

 Variedad de los procesadores de Intel y Amd

Arquitectura evolutiva de los procesadores INTEL	Arquitectura evolutiva de AMD
Procesador	Procesador
Intel 4004
Intel 8008  a 740KHz.
Intel 8080  a 2 MHz
8086  a 5, 8 y 10 MHz
8088 a 5, 8 y 10 MHz
80286 a 6 y 25 MHz
Intel 80386 16 y 40 MHz
Intel 80486DX Intel 486  a  16 y 100 MHz
	Am486 de 40 MHz
i486 DX2  a 50 y 66 MHz	Am386 a 40 MHz AMD Am5x86 a 133 MHz
Pentium a 200 MHz	AMD K5
Pentium Pro  de 150 MHz hasta 200 MHz
	AMD K5 PR166 a 60 y 66 MHz
	AMD K6 a 166, 200, 233 MHz
	K6 "Little Foot" (Model 7)
PIII a 600 a 1100 MHz PIII a 600 a 1130 MHz PIII incorpora los 256kb de cache L2 1000-1400 MHz PIII-S 512kb de cache L2 1130-1400 MHz	Athlon Pluto 500 a 700MHz Duron Morgan -900 a 1300MHz Athlon Thunderbird 650 a 1400Mhz
Celeron 533 a 766 MHz	Athlon Orion 550 a 1000MHz Athlon Thunderbird 650 a 1400MHz Duron Spitfire 600 a 950MHz AthlonXP Palomino 1300MHz a 1733MHz
PIV 1300 MHz a 2000MHz PIV 1400 a 2000MHz PIV 1600 a 2800MHz	AthlonXP  Thorton 200 a 1733MHz Duron Applebred 1400 a 1800MHz
Celeron 800 a 1100MHz Celeron 1000 a 1400MHz (se ha llegado a subir hasta los 2GHz) Celeron 1700 a 1800MHz Celeron 1800 a 2800MHz PIV 2266 a 3066MHz PIV 2400 a 3400MHz PIV 2260 a 2800MHz PIV 2800MHz a 3800MHz Xeon Prestonia 2000 a 3200MHz Celeron 2530 a 2800 MHz	AthlonXP Barton 1833 a 2167MHz
PIV EE 3200 a 3400MHz Centrino 1600MHz (1MB L2 cache) PIV EE 3400MHz PIV 2800MHz a 3800MHz	AthlonXP barton 2100 a 2200 Opteron Italy 1800, 2400MHz 2400MHz
Xeon Gallatin 1500 a 3000MHz Xeon Nocona 2800 a 3600MHz	Sempron (Tbred B) 1500 a 2000Mhz Sempron 1800MHz Athlon64 Clawhammer 2000 a 2400MHz Sempron Thoroughbred B 1833MHz Turion 64 Lancaster 1600, 2200MHz Athlon 64 FX Sledgehammer 2200, 2400MHz
DUAL CORE 1600MHz a 3200MHz	Athlon 64 MewCastle 1800 a 2400MHz Athlon 64 Winchester 1800 a 2400MHz
CORE 2 DUO 1600 a 2500MHz	Athon 64 FX Clawhammer 2200 a 2600HMz
CORE i7 1100MHz a 2200MHz	Phenom 2100 a 2800Mhz
	Atlon II

Actualidad de los procesadores

Pentium Dual-Core

 Se utiliza para incorporar microprocesadores x86 de la arquitectura de Intel 2006-2009 cuando fue renombrado como Pentium. Los procesadores se basan o bien en la de 32 bits Yonah o (con muy diferentes microarquitecturas) de 64 bits Merom-2M, Allendale, y el núcleo Wolfdale-3M, dirigido a los equipos móviles o de escritorio.

En términos de características, precio y rendimiento en una dada la frecuencia de reloj, los procesadores de doble núcleo Pentium se colocaron por encima de Celeron, pero por debajo Core y Core 2 microprocesadores en la gama de productos de Intel. El Pentium Dual-Core fue también una opción muy popular para el overclocking, ya que puede ofrecer un rendimiento óptimo (cuando overclockeado) a un precio bajo.

Pentium 4 HT 661 Especificaciones de rendimiento
Detalles de la CPU		Características de la CPU
Velocidad de CPU	2 GHz	CPU Notebook	Si
Núcleo del procesador	2 núcleos	Caché L1	128Kb
CPU Codename	Merom-2M	Caché L2	1024Kb
TDP (Poder)	35W	Caché L3	Si
Litografía	65nm	Aprobado	4 Estrella
Zócalo de la CPU	Socket P	GD CALIFICACIÓN	Si

Athlon II M340 Dual-Core

El procesador AMD Athlon II de doble núcleo con tecnología móvil M340 es un nivel de entrada de la CPU de doble núcleo de AMD para portátiles con un canal dual integrado un controlador de memoria DDR2 (400 MHz). El núcleo fue nombrado Caspio y se basa en la arquitectura K10.

El rendimiento de los Athlon II M300 es comparable a un viejo Merom 1.8 Ghz Celeron Dual-Core T3000 y se puede comparar a los modelos económicos Celeron Dual Core de Intel. La serie Athlon II tiene la ventaja de la virtualización y el soporte de 64 bits de procesamiento.

Pentium 4 HT 661 Especificaciones de rendimiento
Detalles de la CPU		Características de la CPU
Velocidad de CPU	2.2 GHz	CPU Notebook	Si
Núcleo del procesador	2 núcleos	Caché L1	256Kb
CPU Codename	Caspian	Caché L2	1024Kb
TDP (Poder)	35W	Caché L3	Si
Litografía	45nm	Aprobado	4 Estrella
Zócalo de la CPU	Socket S1g3	GD CALIFICACIÓN	Si