Microprocesadores de computadores persoais

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

• Hardwarea

Todos coñecemos as diferenzas entre dous coches que, cos mesmos modelos, utilizan combustible gasolina e gasoil. A pesar de ser os mesmos desde fóra, sabemos que no consumo, a aceleración, o ruído e as vibracións, o prezo, a duración, os custos de mantemento, etc. son totalmente diferentes.

O mesmo nos computadores. A pesar da súa aparente similitude, o motor interno condiciona totalmente o computador. Neste pequeno traballo trataremos de pescudar o porqué disto, e daremos información que pode ser útil na compra do computador.

O motor dos computadores chámase microprocesador e está pegado nun cartón chamado Placa Maior ou Placa Basee. Na imaxe seguinte móstranse as Placas Maiores. O chip máis grande é un microprocesador que se pode identificar rapidamente.

Que é o micro

O microprocesador é o corazón dun computador e o seu nome (CPU) en libros e catálogos técnicos é a Unidade Central de Proceso. Fisicamente trátase dun chip ou circuíto integrado, nunha pequena pastilla acumúlanse numerosos dispositivos discretos (resistencias, diodos, transsistores, ...) e o conxunto colócase no cartón básico do computador (Placa Maior).

A Unidade Central de Proceso (a partir de agora denominada microprocesador) é a encargada de dirixir as operacións matemáticas, comparacións, domiciliaciones á memoria, execución de ordes, transporte de datos e control total do computador.

A separación das partes do microprocesador non ten un acordo absoluto e é sabido que as limitacións poden ser moitas veces bastante discutibles. Aínda que ás veces a Memoria Principal do computador sexa considerada como parte integrante do microprocesador, aquí deixaremos fóra e diremos que as partes do micro son a Unidade Aritmética Lóxica (UAL) e a Unidade de Control.

Na Unidade Aritmética Lóxica realízanse operacións matemáticas e lóxicas. A Unidade Aritmética Lóxica (Aritmethic-Logic Unit, en inglés) está especializada neste traballo.

O programa a executar se garda na Memoria Principal e as ordes deste lote de sentenzas trátanse individualmente. As sentenzas irán una a unha á Unidade de Control, a sentenza que vén da Memoria Xeral a executar localízase nun rexistro da Unidade de Control e noutro se garda a dirección da seguinte sentenza do programa. A Unidade de Control é a encargada de interpretar e executar as sentenzas do programa, para o que a Unidade de Control creará microórdenes paira supervisar os demais compoñentes do computador e dirixir o funcionamento completo, todo baixo a sincronización dun reloxo.

Buses

A importancia do microprocesador en todo o sistema é elevada. As ordes do programa, os caracteres que mostra o monitor, o que escribe a impresora, ...todo pasa polo microprocesador. Está claro que ten que relacionarse con outros dispositivos do sistema e por iso o micro debe ter canles de comunicación. Estas vías de comunicación son conectores paralelos denominados buses.

Un bus é un conxunto de fíos eléctricos que unen os diferentes elementos do computador. De cada fío transfírese un bit (por exemplo: 1 paira tensión alta e 0 paira tensión baixa). O número de fíos é importante, xa que canto maior sexa, máis información pódese enviar no mesmo pulso do reloxo.

O computador utiliza tres buses diferentes: Bus de direccións, Bus de control e Bus de datos.

O bus de direccións ten como misión conseguir a conexión entre o micro e a memoria RAM. Só ten una dirección: Da Unidade de Control á Memoria Principal. Cando o microprocesador ten que ler o contido dunha pila de memoria, envía a dirección da mesma desde o bus de direccións e recibe a información solicitada desde o bus de datos (Ver Elhuyar 70, operacións de escritura e lectura).

O tamaño do bus de direccións define a capacidade da memoria RAM. Un bus de direccións con dous fíos pode direccionar catro celas. Ao transmitirse un bit por cada fío, as direccións que se poden obter son 00, 01, 10 e 11. En xeral, a memoria máxima que se pode direccionar é 2n, onde n é o número de roscas do Bus de direccións.

A través do bus de control transpórtanse os sinais xerados polo microprocesador. Estas instrucións salguen do micro e diríxense aos circuítos e cartóns da contorna. Os sinais de control poden ser moi diferentes (interrupcións, sinais de reloxo, etc.). ). Por iso son fíos especiais e dedicados e o Bus de Control non ten forma de conector paralelo.

O bus de datos utilízase paira transportar datos entre o microprocesador e os periféricos. O número de fíos ten que ver coa capacidade da Unidade Aritmética Lóxica e coincide co número de bits que esta pode tratar simultaneamente. Cando se di que un microprocesador é de 16 bits (por exemplo 8088, 8086 e 286) O bus de datos ten 16 fíos, ou o que é o mesmo, pódense tratar 16 bits en cada orde.

Como se comentou, un microprocesador integra una serie de compoñentes, e o Bus de Datos que serve paira unilos chámase interno. Bus de datos interno. Pero ademais do microprocesador hai moitos circuítos e compoñentes que hai que conectar entre si na Placa Principal (como a memoria RAM), e a extensión do bus de datos na Placa Principal coñécese como Bus de Datos Externos. Ás veces o número de fíos que teñen os Buses de Datos Internos e Externos é igual, pero non sempre é una característica a ter en conta.

Micros INTEL

Antes de comentar os microprocesadores máis coñecidos e para que non nos ahogemos na salsa profunda das siglas, daremos algúns detalles sobre os nomes.

Cando se presentou o micro 286 da empresa Intel foi bautizado co nome 80286. Ao que coñecemos co número 386 chamáronlle oficialmente 80386. Debido á influencia do mercado foise perdendo o 80 da fronte e Intel decidiu eliminalo. Segundo a decisión de Intel, nos antigos 8088 e 8086 mantívose o prefixo, sendo os novos modelos 286, 386 e 486.

Intel é a casa que máis micro vende no mundo dos computadores persoais. Hai outros fabricantes, pero entre todos non venden tanto como Intel. Os máis importantes son Motorola, Texas Instruments, Cyrix, Chips and Tecnologies, NEC e Advanced Micro Devices. Estes trataron de seguir os estándares establecidos por Intel. O mesmo fíxose cos nomes, polo que tamén se poden atopar os micros 286, 386 e 486 que non son Intel.

INTEL 8088/8086

IBM PC, primeiro computador persoal, tiña un micro 8088. O bus de datos internos era de 16 fíos, pero o bus de datos externos era de 8 bits. Como o bus de direccións era de 20 bits e o Sistema Operativo DOUS redactouse paira este microprocesador, o límite de 220 = 1024 kb creouse entón.

Ao pouco tempo apareceu o micro 8086. A única diferenza co anterior é que o Bus de Datos Internos e Externos é de 16 bits. Ao ser iguais en programación e deseño, identifícanse co nome composto 8088/8086.

INTEL 286

O seguinte paso de Intel foi 286 micro, co que se iniciou una nova xeración de computadores AT. Como en ocasións anteriores o Bus de Datos era de 16 bits, pero como o Bus de Direccións era de 24 fíos, a memoria que podía direccionar era de 16 Mb.

O Micro 286 ten dúas formas de traballar: a real e a protexida. Simula de forma real os anteriores 8088/8086 (xestionando 1024 kb de memoria) e non aproveita todas as súas capacidades. En modo protexido, manexa 16Mb de memoria RAM e acepta Multitarea (capacidade paira executar varias tarefas simultaneamente compartindo os mesmos datos).

INTEL 386

Este micro é de 32 bits tanto paira o Bus de Datos como paira o Bus de Direccións. En consecuencia, a memoria que pode xestionar é de 4096 Mb e as súas formas de traballo son catro.

As dúas primeiras formas de traballar son paira conseguir a compatibilidade coas anteriores e as outras dúas son o modo protexido e imaxinario do 386. Pode domiciliar de forma protexida 4096 Mb e aceptar sentenzas de 32 bits. A modo imaxinario, é capaz de emular varios microprocesadores de tipo 8086 simultaneamente.

INTEL 486

Catro anos despois chegou o 486 micro, tamén con buses de 32 bits e pódese dicir que foi renovado 386. Pero a característica fundamental do micro 486 é que contén un coprocesador matemático e una memoria “cache” de 8 kb.

O coprocesador reduce considerablemente o tempo necesario paira realizar operacións matemáticas. A memoria “cache” acumula os datos de uso máis frecuente, e cando o micro necesita un destes datos non necesita ler na memoria RAM, aforrando tempo.

386 SX/DX/SL: Nó de nomes

As explicacións que se fixeron serven paira diferenciar as principais familias dos micros, pero dentro dos dous últimos grupos hai diferentes modelos. Paira entender o porqué desta rareza hai que ter en conta as persecucións comerciais.

Pasados tres anos desde a aparición do 386 micro en 1988, os prezos dos computadores eran os seguintes: Ordenador tipo 8088/8086 200.000 pts. Ao redor de 10.000 libras, de 286 computadores por valor de 500.000 pesetas (25.000 libras) e 386 por millón (50.000 libras).

Naquela época o prezo do 386 duplicaba o de 286 e a razón estaba no custo da Placa Maior. Eran case dez anos de fabricación de Placas Principais de 16 bits paira 8086 e 286, e os custos non eran tan elevados, pero non se podía pegar 386 micros neste Cartón Básico. Necesitábanse placas Maiores especiais de 32 bits que encarecían o computador.

Intel presentou o microprocesador 386 SX paira dar una solución ao mercado. Este micro é como a 386a, pero o bus de datos externos é de 16 bits. A vantaxe desta característica era poder colocala nas Placas Maiores baratas. O inconveniente era que en execución fose máis lento que o 386 real.

A partir dese momento, ao verdadeiro 386 microprocesadores SX colócaselle o sufijo DX.

Os computadores portátiles requiren un baixo consumo e potencia, polo que o microprocesador tamén se deseña paira esta situación de traballo. Intel publicou hai tres anos o micro 386 S.L. co obxectivo de cubrir este oco. Basicamente é 386 SX, pero si trabállase a 3,3 voltios a duración das baterías é moito maior.

486 SX/DX/SL/DX2/OverDrive: Aínda máis confuso

En 1991 Intel presentou o microprocesador 486 SX. En resumo, se inactiva o coprocesador matemático ao 486 real paira obter o micro 486 SX. Ao 486 micro real chámaselle 486 DX e 486 SX ao que ten o coprocesador desactivado. Esta última véndese máis barato.

O micro 486 SX é dalgunha maneira equivalente ao 386 SX. Lembrade que o microprocesador 386 SX, ao ofrecer un computador barato de 32 bits, ocupaba un segmento concreto do mercado, pero a causa do micro 486 SX non é tan clara:

Dado que é costume engadir o coprocesador nos computadores, non se entende
por que se anula o microprocesador en si mesmo. Dicir que a última é máis cara

xa que ao obter 486 DX co coprocesador aceso hai que apagalo se se quere converter en 486SX.

Paira poder entendelo, una vez máis, debemos mergullarnos en estratexias de subjuego e mercadotecnia de loitas comerciais.

Coa casa Intel no campo dos micrones, o resto de casas sacaron copias clónicas de 386 micras, creando una dura batalla. Cyrix e AMD son os únicos que conseguiron clons de 486 micrones e neste campo aparece Intel forte.

Intel deixará de desenvolver a tecnoloxía do micro 386 e dado que desexaría que as augas do mercado destínense ao seu muíño, aquí atópase a causa do microprocesador SX. Por tanto, lanzando 486 SX máis barato búscase que os fabricantes de computadores atráianse ao mundo dos 486 micros.

O campo de computadores portátiles é importante e proba diso é o micro Intel 486 SL. Aínda que preparado paira condicións especiais de traballo, é un auténtico computador de 486 DX con coprocesador e memoria caché.

Intel pretende manter o liderado e propón as propias innovacións de deseño. Por exemplo, a tecnoloxía do reloxo duplicado (familia de micrones coñecida como DX2). Un micro DX2 ten características de DX normal, pero o bus de datos interno transporta os datos en maior frecuencia. Por exemplo: Un micro 486 DX/33 traballa nunha frecuencia de 33 MHz tanto no bus interno como no externo, pero o bus interior do 486 DX2/66, equivalente a un reloxo dobre, funciona a 66 MHz e o exterior traballa a 33 MHz.

Por último e paira terminar, mencionaremos o micro coñecidos como OverDrive. En realidade 486 son micros DX2, pero en lugar de vendelos a fabricantes de computadores, véndese directamente ao cliente usuario. Por iso, se se quere mellorar os sistemas con micrones 486 SX ou 486 DX, pódese substituír OverDrive por micro. Ao non dispor dun coprocesador paira os micros tipo 480, a Placa Central do computador ten un zócalo ou oco baleiro no que se pega o copro 487 SX e coa combinación de ambos se obteñen as prestacións do micro 486 DX. A igualdade da asociación pode ser: 486 SX + 487 SX = 486 DX. O micro OverDrive colócase no oco do copro e anula o microprocesador orixinal. Se se trata doutro tipo de OverDrive que se coloca mediante o cambio do micro 486 en lugar do zócalo do copro.

Índices

Utilízanse índices paira avaliar os computadores. A través de varios programas conséguese testar ou obter un resultado numérico o computador que se quere avaliar. O número resultante escalarase sabendo que o índice 100 corresponde ao micro- 486 SX 25. A continuación preséntase a listaxe dos índices iCOMP que inventou Intel paira realizar comparacións (ver táboa).

Pentium

A Oficina de Patentes de Estados Unidos non recoñece os díxitos como marcas rexistradas, polo que a estrita competencia de Intel non só obtivo copias clónicas dos micros senón que copiou os nomes dos mesmos. Pódense atopar computadores 386 e 486 sen intel (in side) e non parece que gañe Intel nas loitas legais por defender os dereitos da marca.

Por todo iso, o micro da seguinte xeración de Intel, recentemente aparecido (que debía ser 586), leva o nome de Pentium, pero dadas as súas características, serán tanto paira microordenadores como paira miniordenadores, e as primeiras máquinas vendidas servirán de servidor.

Os primeiros servidores con microprocesador Pentium son:

Nota: Paira ver ben as táboas ir ao pdf.