Microprocessadors d'ordinadors personals

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

• Hardwarea

Tots coneixem les diferències entre dos cotxes que, amb els mateixos models, utilitzen combustible gasolina i gasoil. Malgrat ser els mateixos des de fora, sabem que en el consum, l'acceleració, el soroll i les vibracions, el preu, la durada, els costos de manteniment, etc. són totalment diferents.

El mateix en els ordinadors. Malgrat la seva aparent similitud, el motor intern condiciona totalment l'ordinador. En aquest petit treball tractarem d'esbrinar el perquè d'això, i donarem informació que pot ser útil en la compra de l'ordinador.

El motor dels ordinadors es diu microprocessador i està pegat en una targeta anomenada Placa Major o Placa Base. En la imatge següent es mostren les Plaques Majors. El xip més gran és un microprocessador que es pot identificar ràpidament.

Què és el micro

El microprocessador és el cor d'un ordinador i el seu nom (CPU) en llibres i catàlegs tècnics és la Unitat Central de Procés. Físicament es tracta d'un xip o circuit integrat, en una petita pastilla s'acumulen nombrosos dispositius discrets (resistències, díodes, transsistores, ...) i el conjunt es col·loca en la targeta bàsica de l'ordinador (Placa Major).

La Unitat Central de Procés (a partir d'ara denominada microprocessador) és l'encarregada de dirigir les operacions matemàtiques, comparacions, domiciliacions a la memòria, execució d'ordres, transport de dades i control total de l'ordinador.

La separació de les parts del microprocessador no té un acord absolut i és sabut que les limitacions poden ser moltes vegades bastant discutibles. Encara que a vegades la Memòria Principal de l'ordinador sigui considerada com a part integrant del microprocessador, aquí deixarem fora i direm que les parts del micro són la Unitat Aritmètica Lògica (UAL) i la Unitat de Control.

En la Unitat Aritmètica Lògica es realitzen operacions matemàtiques i lògiques. La Unitat Aritmètica Lògica (Aritmethic-Logic Unit, en anglès) està especialitzada en aquest treball.

El programa a executar es guarda en la Memòria Principal i les ordres d'aquest lot de sentències es tracten individualment. Les sentències aniran una a una a la Unitat de Control, la sentència que ve de la Memòria General a executar es localitza en un registre de la Unitat de Control i en un altre es guarda la direcció de la següent sentència del programa. La Unitat de Control és l'encarregada d'interpretar i executar les sentències del programa, per a això la Unitat de Control crearà microórdenes per a supervisar els altres components de l'ordinador i dirigir el funcionament complet, tot sota la sincronització d'un rellotge.

Busos

La importància del microprocessador en tot el sistema és elevada. Les ordres del programa, els caràcters que mostra el monitor, el que escriu la impressora, ...tot passa pel microprocessador. És clar que ha de relacionar-se amb altres dispositius del sistema i per això el micro ha de tenir canals de comunicació. Aquestes vies de comunicació són connectors paral·lels denominats busos.

Un bus és un conjunt de fils elèctrics que uneixen els diferents elements de l'ordinador. De cada fil es transfereix un bit (per exemple: 1 per a tensió alta i 0 per a tensió baixa). El nombre de fils és important, ja que com més gran sigui, més informació es pot enviar en el mateix pols del rellotge.

L'ordinador utilitza tres busos diferents: Bus de direccions, Bus de control i Bus de dades.

El bus de direccions té com a missió aconseguir la connexió entre el micro i la memòria RAM. Només té una adreça: De la Unitat de Control a la Memòria Principal. Quan el microprocessador ha de llegir el contingut d'una pila de memòria, envia l'adreça de la mateixa des del bus d'adreces i rep la informació sol·licitada des del bus de dades (Veure Elhuyar 70, operacions d'escriptura i lectura).

La grandària del bus de direccions defineix la capacitat de la memòria RAM. Un bus de direccions amb dos fils pot adreçar quatre cel·les. En transmetre's un bit per cada fil, les direccions que es poden obtenir són 00, 01, 10 i 11. En general, la memòria màxima que es pot adreçar és 2n, on n és el nombre de rosques del Bus de direccions.

A través del bus de control es transporten els senyals generats pel microprocessador. Aquestes instruccions surten del micro i es dirigeixen als circuits i targetes de l'entorn. Els senyals de control poden ser molt diferents (interrupcions, senyals de rellotge, etc.). ). Per això són fils especials i dedicats i el Bus de Control no té forma de connector paral·lel.

El bus de dades s'utilitza per a transportar dades entre el microprocessador i els perifèrics. El nombre de fils té a veure amb la capacitat de la Unitat Aritmètica Lògica i coincideix amb el nombre de bits que aquesta pot tractar simultàniament. Quan es diu que un microprocessador és de 16 bits (per exemple 8088, 8086 i 286) El bus de dades té 16 fils, o cosa que és el mateix, es poden tractar 16 bits en cada ordre.

Com s'ha comentat, un microprocessador integra una sèrie de components, i el Bus de Dades que serveix per a unir-los es diu intern. Bus de dades intern. Però a més del microprocessador hi ha molts circuits i components que cal connectar entre si en la Placa Principal (com la memòria RAM), i l'extensió del bus de dades en la Placa Principal es coneix com a Bus de Dades Externes. A vegades el nombre de fils que tenen els Busos de Dades Internes i Externes és igual, però no sempre és una característica a tenir en compte.

Micros INTEL

Abans de comentar els microprocessadors més coneguts i perquè no ens ahogemos en la salsa profunda de les sigles, donarem alguns detalls sobre els noms.

Quan es va presentar el micro 286 de l'empresa Intel va ser batejat amb el nom 80286. Al que coneixem amb el número 386 li van cridar oficialment 80386. A causa de la influència del mercat s'ha anat perdent el 80 del front i Intel ha decidit eliminar-lo. Segons la decisió d'Intel, en els antics 8088 i 8086 s'ha mantingut el prefix, sent els nous models 286, 386 i 486.

Intel és la casa que més micro embeni en el món dels ordinadors personals. Hi ha altres fabricants, però entre tots no venen tant com Intel. Els més importants són Motorola, Texas Instruments, Cyrix, Xips and Tecnologies, NEC i Advanced Micro Devices. Aquests han tractat de seguir els estàndards establerts per Intel. El mateix s'ha fet amb els noms, per la qual cosa també es poden trobar els micros 286, 386 i 486 que no són Intel.

INTEL 8088/8086

IBM PC, primer ordenador personal, tenia un micro 8088. El bus de dades internes era de 16 fils, però el bus de dades externes era de 8 bits. Com el bus de direccions era de 20 bits i el Sistema Operatiu DOS es va redactar per a aquest microprocessador, el límit de 220 = 1024 kb es va crear llavors.

Al poc temps va aparèixer el micro 8086. L'única diferència amb l'anterior és que el Bus de Dades Internes i Externes és de 16 bits. En ser iguals en programació i disseny, s'identifiquen amb el nom compost 8088/8086.

INTEL 286

El següent pas d'Intel va ser 286 micro, amb el qual es va iniciar una nova generació d'ordinadors AT. Com en ocasions anteriors el Bus de Dades era de 16 bits, però com el Bus de Direccions era de 24 fils, la memòria que podia adreçar era de 16 Mb.

El Micro 286 té dues maneres de treballar: la real i la protegida. Simula de manera real els anteriors 8088/8086 (gestionant 1024 kb de memòria) i no aprofita totes les seves capacitats. En manera protegida, maneja 16Mb de memòria RAM i accepta Multitarea (capacitat per a executar diverses tasques simultàniament compartint les mateixes dades).

INTEL 386

Aquesta micro és de 32 bits tant per al Bus de Dades com per al Bus de Direccions. En conseqüència, la memòria que pot gestionar és de 4096 Mb i les seves formes de treball són quatre.

Les dues primeres maneres de treballar són per a aconseguir la compatibilitat amb les anteriors i les altres dues són la manera protegida i imaginari del 386. Pot domiciliar de forma protegida 4096 Mb i acceptar sentències de 32 bits. A manera imaginària, és capaç d'emular diversos microprocessadors de tipus 8086 simultàniament.

INTEL 486

Quatre anys després va arribar el 486 micro, també amb busos de 32 bits i es pot dir que va ser renovat 386. Però la característica fonamental del micro 486 és que conté un coprocessador matemàtic i una memòria “cache” de 8 kb.

El coprocessador redueix considerablement el temps necessari per a realitzar operacions matemàtiques. La memòria “cache” acumula les dades d'ús més freqüent, i quan el micro necessita un d'aquestes dades no necessita llegir en la memòria RAM, estalviant temps.

386 SX/DX/SL: Nus de noms

Les explicacions que s'han fet serveixen per a diferenciar les principals famílies dels micros, però dins dels dos últims grups hi ha diferents models. Per a entendre el perquè d'aquesta raresa cal tenir en compte les persecucions comercials.

Passats tres anys des de l'aparició del 386 micro en 1988, els preus dels ordinadors eren els següents: Ordenador tipus 8088/8086 200.000 ptes. Entorn de 10.000 lliures, de 286 ordinadors per valor de 500.000 pessetes (25.000 lliures) i 386 per milió (50.000 lliures).

En aquella època el preu del 386 duplicava el de 286 i la raó estava en el cost de la Placa Major. Eren gairebé deu anys de fabricació de Plaques Principals de 16 bits per a 8086 i 286, i els costos no eren tan elevats, però no es podia pegar 386 micros en aquesta Targeta Bàsica. Es necessitaven plaques Majors especials de 32 bits que encarien l'ordinador.

Intel va presentar el microprocessador 386 SX per a donar una solució al mercat. Aquesta micro és com la 386a, però el bus de dades externes és de 16 bits. L'avantatge d'aquesta característica era poder col·locar-la en les Plaques Majors barates. L'inconvenient era que en execució fos més lent que el 386 real.

A partir d'aquest moment, al veritable 386 microprocessadors SX se li col·loca el sufix DX.

Els ordinadors portàtils requereixen un baix consum i potència, per la qual cosa el microprocessador també es dissenya per a aquesta situació de treball. Intel va publicar fa tres anys el micro 386 S.L. amb l'objectiu de cobrir aquest buit. Bàsicament és 386 SX, però si es treballa a 3,3 volts la durada de les bateries és molt major.

486 SX/DX/SL/DX2/OverDrive: Encara més confús

En 1991 Intel va presentar el microprocessador 486 SX. En resum, s'inactiva el coprocessador matemàtic al 486 real per a obtenir el micro 486 SX. Al 486 micro real se'n diu 486 DX i 486 SX al qual té el coprocessador desactivat. Aquesta última s'embeni més barat.

El micro 486 SX és d'alguna manera equivalent al 386 SX. Recordeu que el microprocessador 386 SX, en oferir un ordinador barat de 32 bits, ocupava un segment concret del mercat, però la causa del micro 486 SX no és tan clara:

Atès que és costum afegir el coprocessador en els ordinadors, no s'entén
per què s'anul·la el microprocessador en si mateix. Dir que l'última és més cara

ja que en obtenir 486 DX amb el coprocessador encès cal apagar-lo si es vol convertir en 486SX.

Per a poder entendre-ho, una vegada més, hem de submergir-nos en estratègies de subjuego i màrqueting de lluites comercials.

Amb la casa Intel en el camp dels micrones, la resta de cases han tret còpies clòniques de 386 micres, creant una dura batalla. Cyrix i AMD són els únics que han aconseguit clons de 486 micrones i en aquest camp apareix Intel fort.

Intel deixarà de desenvolupar la tecnologia del micro 386 i atès que desitjaria que les aigües del mercat es destinin al seu molí, aquí es troba la causa del microprocessador SX. Per tant, llançant 486 SX més barat es busca que els fabricants d'ordinadors s'atreguin al món dels 486 micros.

El camp d'ordinadors portàtils és important i prova d'això és el micro Intel 486 SL. Encara que preparat per a condicions especials de treball, és un autèntic ordinador de 486 DX amb coprocessador i memòria caixet.

Intel pretén mantenir el lideratge i proposa les pròpies innovacions de disseny. Per exemple, la tecnologia del rellotge duplicat (família de micrones coneguda com DX2). Un micro DX2 té característiques de DX normal, però el bus de dades intern transporta les dades en major freqüència. Per exemple: Un micro 486 DX/33 treballa en una freqüència de 33 MHz tant en el bus intern com en l'extern, però el bus interior del 486 DX2/66, equivalent a un rellotge doble, funciona a 66 MHz i l'exterior treballa a 33 MHz.

Finalment i per a acabar, esmentarem els micro coneguts com OverDrive. En realitat 486 són micros DX2, però en lloc de vendre'ls a fabricants d'ordinadors, s'embeni directament al client usuari. Per això, si es vol millorar els sistemes amb micrones 486 SX o 486 DX, es pot substituir OverDrive per micro. Al no disposar d'un coprocessador per als micros tipus 480, la Placa Central de l'ordinador té un sòcol o buit buit en el qual es pega el copro 487 SX i amb la combinació de tots dos s'obtenen les prestacions del micro 486 DX. La igualtat de l'associació pot ser: 486 SX + 487 SX = 486 DX. El micro OverDrive es col·loca en el buit del copro i anul·la el microprocessador original. Si es tracta d'una altra mena d'OverDrive que es col·loca mitjançant el canvi del micro 486 en lloc del sòcol del copro.

Índexs

S'utilitzen índexs per a avaluar els ordinadors. A través de diversos programes s'aconsegueix testar o obtenir un resultat numèric l'ordinador que es vol avaluar. El número resultant s'escalarà sabent que l'índex 100 correspon al micro- 486 SX 25. A continuació es presenta el llistat dels índexs iCOMP que ha inventat Intel per a realitzar comparacions (veure taula).

Pentium

L'Oficina de Patents dels Estats Units no reconeix els dígits com a marques registrades, per la qual cosa l'estricta competència d'Intel no sols ha obtingut còpies clòniques dels micros sinó que ha copiat els noms d'aquests. Es poden trobar ordenadors 386 i 486 sense intel (in side) i no sembla que guanyi Intel en les lluites legals per defensar els drets de la marca.

Per tot això, el micro de la següent generació d'Intel, recentment aparegut (que havia de ser 586), porta el nom de Pentium, però donades les seves característiques, seran tant per a microordinadors com per a miniordinadors, i les primeres màquines venudes serviran de servidor.

Els primers servidors amb microprocessador Pentium són:

Nota: Per a veure bé les taules anar al pdf.