Microprocesadores de ordenadores personales

1993/10/01 Romo Uriarte, Jesus Maria Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Hardwarea

Todos conocemos las diferencias entre dos coches que, con los mismos modelos, utilizan combustible gasolina y gasoil. A pesar de ser los mismos desde fuera, sabemos que en el consumo, la aceleración, el ruido y las vibraciones, el precio, la duración, los costes de mantenimiento, etc. son totalmente diferentes.

Lo mismo en los ordenadores. A pesar de su aparente similitud, el motor interno condiciona totalmente el ordenador. En este pequeño trabajo trataremos de averiguar el porqué de esto, y daremos información que puede ser útil en la compra del ordenador.

El motor de los ordenadores se llama microprocesador y está pegado en una tarjeta llamada Placa Mayor o Placa Base. En la imagen siguiente se muestran las Placas Mayores. El chip más grande es un microprocesador que se puede identificar rápidamente.

Qué es el micro

El microprocesador es el corazón de un ordenador y su nombre (CPU) en libros y catálogos técnicos es la Unidad Central de Proceso. Físicamente se trata de un chip o circuito integrado, en una pequeña pastilla se acumulan numerosos dispositivos discretos (resistencias, diodos, transsistores, ...) y el conjunto se coloca en la tarjeta básica del ordenador (Placa Mayor).

La Unidad Central de Proceso (a partir de ahora denominada microprocesador) es la encargada de dirigir las operaciones matemáticas, comparaciones, domiciliaciones a la memoria, ejecución de órdenes, transporte de datos y control total del ordenador.

La separación de las partes del microprocesador no tiene un acuerdo absoluto y es sabido que las limitaciones pueden ser muchas veces bastante discutibles. Aunque a veces la Memoria Principal del ordenador sea considerada como parte integrante del microprocesador, aquí dejaremos fuera y diremos que las partes del micro son la Unidad Aritmética Lógica (UAL) y la Unidad de Control.

En la Unidad Aritmética Lógica se realizan operaciones matemáticas y lógicas. La Unidad Aritmética Lógica (Aritmethic-Logic Unit, en inglés) está especializada en este trabajo.

El programa a ejecutar se guarda en la Memoria Principal y las órdenes de este lote de sentencias se tratan individualmente. Las sentencias irán una a una a la Unidad de Control, la sentencia que viene de la Memoria General a ejecutar se localiza en un registro de la Unidad de Control y en otro se guarda la dirección de la siguiente sentencia del programa. La Unidad de Control es la encargada de interpretar y ejecutar las sentencias del programa, para lo cual la Unidad de Control creará microórdenes para supervisar los demás componentes del ordenador y dirigir el funcionamiento completo, todo bajo la sincronización de un reloj.

Buses

La importancia del microprocesador en todo el sistema es elevada. Las órdenes del programa, los caracteres que muestra el monitor, el que escribe la impresora, ...todo pasa por el microprocesador. Está claro que tiene que relacionarse con otros dispositivos del sistema y por ello el micro debe tener canales de comunicación. Estas vías de comunicación son conectores paralelos denominados buses.

Un bus es un conjunto de hilos eléctricos que unen los diferentes elementos del ordenador. De cada hilo se transfiere un bit (por ejemplo: 1 para tensión alta y 0 para tensión baja). El número de hilos es importante, ya que cuanto mayor sea, más información se puede enviar en el mismo pulso del reloj.

El ordenador utiliza tres buses diferentes: Bus de direcciones, Bus de control y Bus de datos.

El bus de direcciones tiene como misión conseguir la conexión entre el micro y la memoria RAM. Sólo tiene una dirección: De la Unidad de Control a la Memoria Principal. Cuando el microprocesador tiene que leer el contenido de una pila de memoria, envía la dirección de la misma desde el bus de direcciones y recibe la información solicitada desde el bus de datos (Ver Elhuyar 70, operaciones de escritura y lectura).

El tamaño del bus de direcciones define la capacidad de la memoria RAM. Un bus de direcciones con dos hilos puede direccionar cuatro celdas. Al transmitirse un bit por cada hilo, las direcciones que se pueden obtener son 00, 01, 10 y 11. En general, la memoria máxima que se puede direccionar es 2n, donde n es el número de roscas del Bus de direcciones.

A través del bus de control se transportan las señales generadas por el microprocesador. Estas instrucciones salen del micro y se dirigen a los circuitos y tarjetas del entorno. Las señales de control pueden ser muy diferentes (interrupciones, señales de reloj, etc.). ). Por eso son hilos especiales y dedicados y el Bus de Control no tiene forma de conector paralelo.

El bus de datos se utiliza para transportar datos entre el microprocesador y los periféricos. El número de hilos tiene que ver con la capacidad de la Unidad Aritmética Lógica y coincide con el número de bits que ésta puede tratar simultáneamente. Cuando se dice que un microprocesador es de 16 bits (por ejemplo 8088, 8086 y 286) El bus de datos tiene 16 hilos, o lo que es lo mismo, se pueden tratar 16 bits en cada orden.

Como se ha comentado, un microprocesador integra una serie de componentes, y el Bus de Datos que sirve para unirlos se llama interno. Bus de datos interno. Pero además del microprocesador hay muchos circuitos y componentes que hay que conectar entre sí en la Placa Principal (como la memoria RAM), y la extensión del bus de datos en la Placa Principal se conoce como Bus de Datos Externos. A veces el número de hilos que tienen los Buses de Datos Internos y Externos es igual, pero no siempre es una característica a tener en cuenta.

Micros INTEL

Antes de comentar los microprocesadores más conocidos y para que no nos ahogemos en la salsa profunda de las siglas, daremos algunos detalles sobre los nombres.

Cuando se presentó el micro 286 de la empresa Intel fue bautizado con el nombre 80286. A lo que conocemos con el número 386 le llamaron oficialmente 80386. Debido a la influencia del mercado se ha ido perdiendo el 80 del frente y Intel ha decidido eliminarlo. Según la decisión de Intel, en los antiguos 8088 y 8086 se ha mantenido el prefijo, siendo los nuevos modelos 286, 386 y 486.

Intel es la casa que más micro vende en el mundo de los ordenadores personales. Hay otros fabricantes, pero entre todos no venden tanto como Intel. Los más importantes son Motorola, Texas Instruments, Cyrix, Chips and Tecnologies, NEC y Advanced Micro Devices. Estos han tratado de seguir los estándares establecidos por Intel. Lo mismo se ha hecho con los nombres, por lo que también se pueden encontrar los micros 286, 386 y 486 que no son Intel.

INTEL 8088/8086

IBM PC, primer ordenador personal, tenía un micro 8088. El bus de datos internos era de 16 hilos, pero el bus de datos externos era de 8 bits. Como el bus de direcciones era de 20 bits y el Sistema Operativo DOS se redactó para este microprocesador, el límite de 220 = 1024 kb se creó entonces.

Al poco tiempo apareció el micro 8086. La única diferencia con lo anterior es que el Bus de Datos Internos y Externos es de 16 bits. Al ser iguales en programación y diseño, se identifican con el nombre compuesto 8088/8086.

INTEL 286

El siguiente paso de Intel fue 286 micro, con el que se inició una nueva generación de ordenadores AT. Como en ocasiones anteriores el Bus de Datos era de 16 bits, pero como el Bus de Direcciones era de 24 hilos, la memoria que podía direccionar era de 16 Mb.

El Micro 286 tiene dos formas de trabajar: la real y la protegida. Simula de forma real los anteriores 8088/8086 (gestionando 1024 kb de memoria) y no aprovecha todas sus capacidades. En modo protegido, maneja 16Mb de memoria RAM y acepta Multitarea (capacidad para ejecutar varias tareas simultáneamente compartiendo los mismos datos).

INTEL 386

Esta micro es de 32 bits tanto para el Bus de Datos como para el Bus de Direcciones. En consecuencia, la memoria que puede gestionar es de 4096 Mb y sus formas de trabajo son cuatro.

Las dos primeras formas de trabajar son para conseguir la compatibilidad con las anteriores y las otras dos son el modo protegido y imaginario del 386. Puede domiciliar de forma protegida 4096 Mb y aceptar sentencias de 32 bits. A modo imaginario, es capaz de emular varios microprocesadores de tipo 8086 simultáneamente.

INTEL 486

Cuatro años después llegó el 486 micro, también con buses de 32 bits y se puede decir que fue renovado 386. Pero la característica fundamental del micro 486 es que contiene un coprocesador matemático y una memoria “cache” de 8 kb.

El coprocesador reduce considerablemente el tiempo necesario para realizar operaciones matemáticas. La memoria “cache” acumula los datos de uso más frecuente, y cuando el micro necesita uno de estos datos no necesita leer en la memoria RAM, ahorrando tiempo.

386 SX/DX/SL: Nudo de nombres

Las explicaciones que se han hecho sirven para diferenciar las principales familias de los micros, pero dentro de los dos últimos grupos hay diferentes modelos. Para entender el porqué de esta rareza hay que tener en cuenta las persecuciones comerciales.

Pasados tres años desde la aparición del 386 micro en 1988, los precios de los ordenadores eran los siguientes: Ordenador tipo 8088/8086 200.000 pts. En torno a 10.000 libras, de 286 ordenadores por valor de 500.000 pesetas (25.000 libras) y 386 por millón (50.000 libras).

En aquella época el precio del 386 duplicaba el de 286 y la razón estaba en el coste de la Placa Mayor. Eran casi diez años de fabricación de Placas Principales de 16 bits para 8086 y 286, y los costes no eran tan elevados, pero no se podía pegar 386 micros en esta Tarjeta Básica. Se necesitaban placas Mayores especiales de 32 bits que encarecían el ordenador.

Intel presentó el microprocesador 386 SX para dar una solución al mercado. Esta micro es como la 386a, pero el bus de datos externos es de 16 bits. La ventaja de esta característica era poder colocarla en las Placas Mayores baratas. El inconveniente era que en ejecución fuera más lento que el 386 real.

A partir de ese momento, al verdadero 386 microprocesadores SX se le coloca el sufijo DX.

Los ordenadores portátiles requieren un bajo consumo y potencia, por lo que el microprocesador también se diseña para esta situación de trabajo. Intel publicó hace tres años el micro 386 S.L. con el objetivo de cubrir este hueco. Básicamente es 386 SX, pero si se trabaja a 3,3 voltios la duración de las baterías es mucho mayor.

486 SX/DX/SL/DX2/OverDrive: Aún más confuso

En 1991 Intel presentó el microprocesador 486 SX. En resumen, se inactiva el coprocesador matemático al 486 real para obtener el micro 486 SX. Al 486 micro real se le llama 486 DX y 486 SX al que tiene el coprocesador desactivado. Esta última se vende más barato.

El micro 486 SX es de alguna manera equivalente al 386 SX. Recordad que el microprocesador 386 SX, al ofrecer un ordenador barato de 32 bits, ocupaba un segmento concreto del mercado, pero la causa del micro 486 SX no es tan clara:

Dado que es costumbre añadir el coprocesador en los ordenadores, no se entiende
por qué se anula el microprocesador en sí mismo. Decir que la última es más cara

ya que al obtener 486 DX con el coprocesador encendido hay que apagarlo si se quiere convertir en 486SX.

Para poder entenderlo, una vez más, debemos sumergirnos en estrategias de subjuego y marketing de luchas comerciales.

Con la casa Intel en el campo de los micrones, el resto de casas han sacado copias clónicas de 386 micras, creando una dura batalla. Cyrix y AMD son los únicos que han conseguido clones de 486 micrones y en este campo aparece Intel fuerte.

Intel dejará de desarrollar la tecnología del micro 386 y dado que desearía que las aguas del mercado se destinen a su molino, aquí se encuentra la causa del microprocesador SX. Por lo tanto, lanzando 486 SX más barato se busca que los fabricantes de ordenadores se atraigan al mundo de los 486 micros.

El campo de ordenadores portátiles es importante y prueba de ello es el micro Intel 486 SL. Aunque preparado para condiciones especiales de trabajo, es un auténtico ordenador de 486 DX con coprocesador y memoria caché.

Intel pretende mantener el liderazgo y propone las propias innovaciones de diseño. Por ejemplo, la tecnología del reloj duplicado (familia de micrones conocida como DX2). Un micro DX2 tiene características de DX normal, pero el bus de datos interno transporta los datos en mayor frecuencia. Por ejemplo: Un micro 486 DX/33 trabaja en una frecuencia de 33 MHz tanto en el bus interno como en el externo, pero el bus interior del 486 DX2/66, equivalente a un reloj doble, funciona a 66 MHz y el exterior trabaja a 33 MHz.

Por último y para terminar, mencionaremos los micro conocidos como OverDrive. En realidad 486 son micros DX2, pero en lugar de venderlos a fabricantes de ordenadores, se vende directamente al cliente usuario. Por ello, si se quiere mejorar los sistemas con micrones 486 SX o 486 DX, se puede sustituir OverDrive por micro. Al no disponer de un coprocesador para los micros tipo 480, la Placa Central del ordenador tiene un zócalo o hueco vacío en el que se pega el copro 487 SX y con la combinación de ambos se obtienen las prestaciones del micro 486 DX. La igualdad de la asociación puede ser: 486 SX + 487 SX = 486 DX. El micro OverDrive se coloca en el hueco del copro y anula el microprocesador original. Si se trata de otro tipo de OverDrive que se coloca mediante el cambio del micro 486 en lugar del zócalo del copro.

Índices

Se utilizan índices para evaluar los ordenadores. A través de varios programas se consigue testar o obtener un resultado numérico el ordenador que se quiere evaluar. El número resultante se escalará sabiendo que el índice 100 corresponde al micro- 486 SX 25. A continuación se presenta el listado de los índices iCOMP que ha inventado Intel para realizar comparaciones (ver tabla).

Pentium

La Oficina de Patentes de Estados Unidos no reconoce los dígitos como marcas registradas, por lo que la estricta competencia de Intel no sólo ha obtenido copias clónicas de los micros sino que ha copiado los nombres de los mismos. Se pueden encontrar ordenadores 386 y 486 sin intel (in side) y no parece que gane Intel en las luchas legales por defender los derechos de la marca.

Por todo ello, el micro de la siguiente generación de Intel, recientemente aparecido (que debía ser 586), lleva el nombre de Pentium, pero dadas sus características, serán tanto para microordenadores como para miniordenadores, y las primeras máquinas vendidas servirán de servidor.

Los primeros servidores con microprocesador Pentium son:

Nota: Para ver bien las tablas ir al pdf.