TP Nº 7: Microprocesadores

Los Microprocesadores

La historia de la electrónica digital arranca a principio del siglo XIX cuando George Boole desarrolla un sistema lógico basado en variables binarias (podían tomar solamente dos valores). Posteriormente hubo varios inventos de desarrollar dispositivos capaces de efectuar las operaciones desarrolladas por Boole a fines de realizar mecánicamente operaciones matemáticas.

Con el desarrollo de la electricidad fue posible implementar las operaciones de la algebra de Boole en circuitos eléctricos utilizando interruptores que justamente, puede estar únicamente en dos estados (abierto y cerrado)

Con el desarrollo tecnológico estos interruptores fueron implementados con relés, válvulas de vacío y posteriormente por transistores.

Gracias al pequeño consumo y disipación del calor en estos últimos fue posible colocarlos sobre una única base (sustrato) creándose entonces los primeros circuitos integrados en plena década de 1960. Estos circuitos integrados digitales incluían compuertas lógicas, inversores, codificadores, decodificadores, multiplexores, flip flop y contadores.

Fue posible entonces el desarrollo de circuitos digitales complejos que permitieron el control de variadas maquinas como controles de temperatura, ascensores, tornos, electrodomésticos, etc. En este momento cada circuito se desarrollaba servia solamente para el fin al que había sido diseñado. Se utilizaban en ese momento los llamados componente discretos que incluían diodos, transistores y circuitos integrados básicos, el desarrollo de circuitos inte3grados para funciones especificas (por ejemplo: el control de un horno de microondas resultaba particularmente caro dado que su diseño de producción exigían importantes inversiones que debían ser recuperadas en base a grandes producciones.

La solución a este problema llego a principios de la década del 1970 cuando se crearon circuitos electrónicos digitales programables, es decir que en ese entonces se empezaron a fabricar circuitos capaces de cumplir las más variadas funciones de acuerdo a distintos programas.

Esto constituyó la verdadera revolución en el campo de la electrónica digital ya que los denominados microprocesadores podían usarse cumpliendo diferentes funciones. Es decir el mismo microprocesador se puede usar para controlar un sistema de alarmas, un monitor de parámetro fisiológico y un horno de microondas

El primer microprocesador comercial conocido fue fabricado por la firma Intel, era el 4004.

Los microprocesadores se clasifican y se denominan en función de la longitud de su bus de datos que se corresponden con la cantidad de información con el que el microprocesador puede trabajar en paralelo

En la práctica solo se fabrica microprocesadores cuyo bus de datos tenga una longitud igual a los valores de las sucesivas potencias de dos.

Existen entonces los siguientes tipos:

Microprocesadores de 4 BIT

Son los primeros que parecieron como el Intel 4004, poseen baja capacidad de operación aritmética y lógica y un reducido conjunto de instrucciones. Prácticamente en desuso hoy en día se los utilizó en pequeños automatismos y en juguetería

INTEL 4004   

Microprocesadores de 8 BIT

Aparecieron en el año 1972 y significaron la incorporación de la informática al mundo de la electrónica de consumo. Son los mas utilizados y sus representantes mas famosos fueron 8085 INTEL, 6800 MOTOROLA, Z80 ZILOG.

Algunas empresas fabricantes de computadoras eligen en este momento una marca de microprocesadores y luego seguirán usando por largo tiempo. Nacen las computadores personales (PC de IBM que adopta INTEL; Apple adopta los microprocesadores Motorola para su línea Mac Intos H y los Sinclair adopta los Zilog para sus computadoras hogareñas)

INTEL 8085

ZILOG Z80

Microprocesadores de 16 BIT

Comienzan a producirse en 1978. Además de duplicar el tamaño del bus pasando de 8 a 16 BIT también llegan a cuadriplicar la velocidad de trabajo llegando a 16 megahertz. Son utilizados en las primeras computadoras XT Y AT. Los tipos mas importantes son el 8086 y 80286 (INTEL) en maquinas IBM 68000 Motorola, en Apple.

Microprocesadores de 32 BIT

Este tipo de microprocesadores marca un cambio radical en la idea básica de un microprocesador ya que sus funciones dejan de ser las de control total y absoluto del sistema para realizar tareas específicas dentro del mismo como control de interrupciones, control de memoria, unidades de coma flotante, etc. Es decir, que el trabajo del microprocesador es apoyado por otros microprocesadores (Aquí nace el Chipset). Son representativos el 80386 y el 80486 de Intel y el 68020 de Motorola

Microprocesadores de 64 BIT

Son los microprocesadores que se usan actualmente. El primero fue el Pentium lanzado en 1993 por INTEL

• AÑOS:
  
  
  
  
• 1971 - Intel 4004
  1972 - Intel 8008
  1974 - SC / MP National
• 1974 – INTEL 8080
• 1975 – Motorola 6800
• 1976 – Zilog 80
• 1978 – INTEL 8086 y 8088
• 1982 – INTEL 80286
• 1985 – INTEL 80386; VAX 78032 Digital
• 1989 – INTEL 80486
• 1991 – AMD 286, 386, 486 Y 586
• 1993 – Power PC 601(AIM : IBM, APPLE, MOTOROLA) Pentium 1 con un bus de datos de 64 BIT
• 1994 – Power PC 620
• 1995 – INTEL Pentium PRO
• 1996 – AMD K5 ; K6 Y K62
• 1997 – INTEL Pentium PRO II
• 1998 – INTEL Pentium II XEON
• 1999 – INTEL CELERON ; AMD ATHLON K7 ( Classic, Taunderbird); Pentium III ; Pentium III XEON
• 2000 – Pentium IV
• 2001 – AMD Athlon XP
• 2004 – Pentium IV Prescott ; AMD Athlon 64
• 2006 – INTEL Core Duo
• 2007 – AMD Phenom
• 2008 – INTEL Core NEHALEM ; AMD Phenom 2 y Athlon 2
• 2011 – INTEL Sandy Bridge ; AMD Fusion
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  1971 - Intel 4004
  
  
                                   
  1974 – INTEL 8080
  
  
  
  
  
  1975 – Motorola 6800
  
  
  
  
  
  1976 – Zilog 80
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  1978 – INTEL 8086 y 8088
  
  
  
  
  
  1982 – INTEL 80286
  
  
  
  
  
  1985 – INTEL 80386; VAX 78032 Digital
  
  
  
  
  
  1989 – INTEL 80486
  
  
  
  
  
  1991 – AMD 286, 386, 486 Y 586
  
  
  
  
  
  1993 – Power PC 601(AIM : IBM, APPLE, MOTOROLA) Pentium 1 con un bus de datos de 64 BIT
  
  
  
  1994 – Power PC 620
  
  
  
  
  
  1995 – INTEL Pentium PRO
  
  
  
  
  
  1996 – AMD K5 ; K6 Y K62
  
  
  
  
  
  1997 – INTEL Pentium PRO II
  
  
  
  
  
  1998 – INTEL Pentium II XEON
  
  
  
  
  
  1999 – INTEL CELERON ; AMD ATHLON K7 ( Classic, Taunderbird); Pentium III ; Pentium III XEON
  
  
  
  
  
  
  
  
  2000 – Pentium IV
  
  
  
  
  
  2001 – AMD Athlon XP
  
  
  
  
  
  2004 – Pentium IV Prescott ; AMD Athlon 64
  
  
  
  
  
  2006 – INTEL Core Duo
  
  
  
  
  
  2007 – AMD Phenom
  
  
  

  
  
  2008 – INTEL Core NEHALEM ; AMD Phenom 2 y Athlon 2
  
  
  

  

  
  
  2011 – INTEL Sandy Bridge ; AMD Fusion

Proceso de fabricación de los microprocesadores.

El proceso de fabricación de un microprocesador es muy complejo. Comienza con una buena cantidad de arena (compuesta por silicio) que se funde a altas temperaturas (1378 ºC) con la que se fabrica un mono cristal de forma cilíndrica de 20cm de diámetro y 1m y 1/2 de largo. Este proceso es muy lento con aproximadamente 10 a 40mm por hora. De este cristal de cientos de kilos de peso se cortan los extremos y se obtiene un cilindro perfecto. Luego el cilindro se corta en rodajas llamadas Obleas (Waffer) de 10 micrones 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 fabrican varios cientos de microprocesadores. Estas obleas son pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana y luego pasan por un proceso llamado Annealing que consiste en someterlas a un calentamiento extremo para remover cualquier defecto o impureza que pueda haber quedado. Después de una supervisión mediante rayos láser para detectar otras imperfecciones menos a una milésima de micrón se recubren con una capa aislante formada por oxido de silicio transferido mediante deposición de vapor

Terminado este proceso de preparación se comienza a construir los transistores, diodos y resistores mediante un proceso muy complejo que consiste básicamente en la impresión de sucesivas mascaras sobre la oblea y luego endurecidas mediante el uso ultra violeta que luego son atacadas encargadas de remover las zonas no cubiertas por la impresión. Este proceso se repite cientos de veces hasta llegar al chip que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Los transistores construidos de esta forma tiene aproximadamente un tamaño de 45 nano metros = 45 * 10 ^-9 m. Solo para tener en cuenta el tamaño de los transistores podemos decir que es equivalente a el diámetro de 200 electrones. Las alas empleadas para la fabricación de transistores se denominan salas limpias que poseen filtros para filtrar el aire que impide que pase partículas mayores a 0.12 micrones. Los trabajadores emplean trajes especiales que impide que se liberen en el ambiente restos de piel, polvo y pelo.

Finalizado el proceso se verifica el funcionamiento de cada microprocesador de forma automática y se marcan aquellos con defectos. Luego los chip son cortados. Ahora el microprocesador es una placa de unos pocos milímetros cuadrados, sin pines ni capsula protectora