De esta manera, Faggin tuvo que trabajar largos meses, de 12 a 16 horas por día.
MICROPROCESADOR 8008
En 1969 Computer Terminal Corp. (ahora Datapoint) visitó Intel. Vic Poor, vicepresidente de
Investigación y Desarrollo en CTC quería integrar la CPU (unos cien componentes TTL) de su nueva
terminal Datapoint 2200 en unos pocos chips y reducir el costo y el tamaño del circuito electrónico.
Ted Hoff observó la arquitectura, el conjunto de instrucciones y el diseño lógico que había presentado
CTC y estimó que Intel podría integrarlo en un sólo chip, así que Intel y CTC firmaron un contrato para
desarrollar el chip. El chip, internamente llamado 1201, sería un dispositivo de 8 bits. Pensado para la
aplicación de terminal inteligente, debería ser más complejo que el 4004.
Al principio parecía que el 1201 saldría antes que el 4004 ya que Federico Faggin tenía que desarrollar
cuatro chips, siendo el 4004 el último de ellos. Sin embargo, después de algunos meses de trabajo con el
1201, el diseñador, Hal Feeney, fue puesto a diseñar un chip de memoria, con lo que el proyecto del 1201
fue puesto en el "freezer".
Mientras tanto, CTC también contrató a la empresa Texas Instruments para hacer el diseño del mismo
chip como fuente alternativa. Al final de 1970 Intel continuó con el proyecto del 1201 bajo la dirección de
Faggin y Feeney fue puesto nuevamente a trabajar en este proyecto.
En junio de 1971, TI puso un aviso en la revista Electronics donde se detallaban las capacidades de este
integrado MOS LSI. Con la leyenda "CPU en un chip" se acompañaba la descripción del circuito a
medida para la terminal Datamation 2200. El aviso decía "TI lo desarrolló y lo está produciendo para
Computer Terminal Corp.". Las dimensiones indicadas eran 5,46 por 5,71 mm, un chip enorme aun para
la tecnología de 1971 y era 225% más grande que el tamaño estimado por Intel.
El chip de Texas Instruments, sin embargo, jamás funcionó y no se puso en el mercado.
Sorprendentemente, TI patentó la arquitectura del 1201, que fue realizado por CTC con algunos cambios
de Intel, con lo que luego hubo batallas legales entre Intel y TI.
Durante el verano (en el hemisferio norte) de 1971, mientras el trabajo con el 1201 estaba progresando
rápidamente, Datapoint decidió que no necesitaba más el 1201. La recesión económica de 1970 había
bajado el costo de los circuitos TTL de tal manera que ya no era rentable el circuito a medida. Datapoint
le dejó usar la arquitectura a Intel y a cambio la última no le cobraba más los costos de desarrollo.
MICROPROCESADOR 8080
Durante el verano de 1971, Federico Faggin fue a Europa para realizar seminarios sobre el MCS-4 y el
8008 y para visitar clientes. Recibió una gran cantidad de críticas (algunas de ellas constructivas) acerca
de la arquitectura y el rendimiento de los microprocesadores. Las compañías que estaban más orientadas
hacia la computación eran las que le decían las peores críticas.
Cuando regresó a su casa, se le ocurrió una idea de cómo hacer un microprocesador de 8 bits mejor que
el 8008, incorporando muchas de las características que esa gente estaba pidiendo, sobre todo, más
velocidad y facilidad de implementación en el circuito.
Decidió utilizar el nuevo proceso NMOS (que utiliza transistores MOS de canal N) que se utilizaba en las
últimas memorias RAM dinámicas de 4 kilobits, además le agregó una mejor estructura de interrupciones,
mayor direccionamiento de memoria (16 KB en el 8008 contra 64 KB en el 8080) e instrucciones
adicionales (como se puede apreciar en las descripciones de los conjuntos de instrucciones que se
encuentran más abajo).
Al principio de 1972 decidió realizar el nuevo chip. Sin embargo Intel decidió esperar a que el mercado
respondiera primero con el MCS-4 y luego con el MCS-8 antes de dedicar más dinero al desarrollo de
nuevos diseños.
En el verano de 1972, la decisión de Intel fue comenzar con el desarrollo del nuevo microprocesador.
Shima (el mismo de antes) comenzó a trabajar en el proyecto en noviembre.
La primera fabricación del 8080 se realizó en diciembre de 1973. Los miembros del grupo que hacían el
desarrollo encontraron un pequeño error y el primero de abril de 1974 se pudo lanzar al mercado el
microprocesador.
El 8080 realmente creó el verdadero mercado de los microprocesadores. El 4004 y el 8008 lo sugirieron,
pero el 8080 lo hizo real. Muchas aplicaciones que no eran posibles de realizar con los microprocesadores
previos pudieron hacerse realidad con el 8080. Este chip se usó inmediatamente en cientos de productos
diferentes. En el 8080 corría el famoso sistema operativo CP/M (siglas de Control Program for
Microcomputers) de la década del '70 que fue desarrollado por la compañía Digital Research.
MICROPROCESADOR 8085
El siguiente microprocesador creado por la empresa Intel fue el 8085 en 1977. La alimentación es única:
requiere sólo +5V. Esto se debe a la nueva tecnología utilizada para la fabricación llamada HMOS (High
performance N-channel MOS) que además permite una mayor integración, llegando a la VLSI (Very
Large Scale of Integration o muy alta escala de integración) con más de diez mil transistores (el 8085 no
es VLSI, pero sí el 8088, como se verá más adelante). Tiene incorporado el generador de pulsos de reloj
con lo que sólo hace falta un cristal de cuarzo y un par de capacitores externos (para el 8080 se
necesitaba el circuito integrado auxiliar que lleva el código 8224). Además está mejorado en lo que se
refiere a las interrupciones. Incluye las 74 instrucciones del 8080 y posee dos adicionales (RIM y SIM)
referidas a este sistema de interrupciones y a la entrada y salida serie. El bus de datos está multiplexado
con los ocho bits menos significativos del bus de direcciones (utiliza los mismos pines para ambos buses),
con lo que permite tener más pines libres para el bus de control del microprocesador (el 8080 necesitaba
un integrado especial, el 8228, para generar el bus de control). Intel produjo ROMs, RAMs y chips de
soporte que tienen también el bus multiplexado de la misma manera que el microprocesador. Todos estos
integrados forman la familia MCS-85.
Debido a la gran densidad de integración comparado con el 8080, se utilizó mucho este microprocesador
en aplicaciones industriales. Sin embargo, para aplicaciones de computación de uso general, se extendió
más el uso del microprocesador Z-80 como se indicó en el apartado referente al 8080.
MICROPROCESADOR 8086 Y 8088
8086
En junio de 1978 Intel lanzó al mercado el primer microprocesador de 16 bits: el 8086. En junio de 1979
apareció el 8088 (internamente igual que el 8086 pero con bus de datos de 8 bits) y en 1980 los
coprocesadores 8087 (matemático) y 8089 (de entrada y salida). El primer fabricante que desarrolló
software y hardware para estos chips fue la propia Intel. Reconociendo la necesidad de dar soporte a
estos circuitos integrados, la empresa invirtió gran cantidad de dinero en un gran y moderno edificio en
8088
Santa Clara, California, dedicado al diseño, fabricación y venta de sus sistemas de desarrollo que, como se
explicó anteriormente, son computadoras autosuficientes con el hardware y software necesario para
desarrollar software de microprocesadores.
Los sistemas de desarrollo son factores clave para asegurar las ventas de una empresa fabricantes de
chips. La inmensa mayoría de ventas son a otras empresas, las cuales usan estos chips en aparatos
electrónicos, diseñados, fabricados y comercializados por ellas mismas. A estas empresas se las llama
"fabricantes de equipo original", o en inglés, OEM (Original Equipment Manufacturer). El disminuir el
tiempo de desarrollo de hardware y software para las OEM es esencial, ya que el mercado de estos
productos es muy competitivo. Necesitan soporte pues los meses que les puede llevar el desarrollo de las
herramientas apropiadas les puede significar pérdidas por millones de dólares. Además quieren ser los
primeros fabricantes en el mercado, con lo cual pueden asegurarse las ventas en dos áreas importantes: a
corto plazo, ya que al principio la demanda es mucho mayor que la oferta, y a largo plazo, ya que el
primer producto marca a menudo los estándares.
De esta manera la empresa Intel había desarrollado una serie completa de software que se ejecutaba en
una microcomputadora basada en el 8085 llamada "Intellec Microcomputer Development System". Los
programas incluían ensambladores cruzados (éstos son programas que se ejecutan en un microprocesador
y generan código de máquina que se ejecuta en otro), compiladores de PL/M, Fortran y Pascal y varios
programas de ayuda. Además había un programa traductor llamado CON V86 que convertía código
fuente 8080/8085 a código fuente 8086/8088. Si se observan de cerca ambos conjuntos de instrucciones,
queda claro que la transformación es sencilla si los registros se traducen así: A -> AL, B -> CH, C -> CL,
D -> DH, E -> DL, H -> BH y L -> BL. Puede parecer complicado traducir LDAX B (por ejemplo) ya
que el 8088 no puede utilizar el registro CX para direccionamiento indirecto, sin embargo, se puede hacer
con la siguiente secuencia: MOV SI, CX; MOV AL, [SI]. Esto aprovecha el hecho que no se utiliza el
registro SI. Por supuesto el programa resultante es más largo (en cantidad de bytes) y a veces más lento
de correr que en su antecesor 8085. Este programa de conversión sólo servía para no tener que volver a
escribir los programas en una primera etapa. Luego debería reescribirse el código fuente en assembler
para poder obtener las ventajas de velocidad ofrecidas por el 8088. Luego debía correr el programa en la
iSBC 86/12 Single Board Computer basado en el 8086. Debido al engorro que resultaba tener dos
plaquetas diferentes, la empresa Godbout Electronics (también de California) desarrolló una placa donde
estaban el 8085 y el 8088, donde se utilizaba un ensamblador cruzado provisto por la compañía
Microsoft. Bajo control de software, podían conmutarse los microprocesadores. El sistema operativo
utilizado era el CP/M (de Digital Research).
MICROPROCESADOR 8087
El procesador de datos numérico (NDP) 8087 aumenta el juego de instrucciones del 8086/8088
mejorando su capacidad de tratamiento de números. Se utiliza como procesador paralelo junto al
8086/8088 añadiendo 8 registros de coma flotante de 80 bits así como instrucciones adicionales. Utiliza
su propia cola de instrucciones para controlar el flujo de instrucciones del 8086/8088, ejecutando sólo
aquellas instrucciones que le corresponden, e ignorando las destinadas a la CPU 8086/8088. El 8086/8088
deberá funcionar en modo máximo para poder acomodar el 8087. Las instrucciones del NDP 8087
incluyen un juego completo de funciones aritméticas así como un potente núcleo de funciones
exponenciales, logarítmicas y trigonométricas. Utiliza un formato interno de números en coma flotante de
80 bits con el cual gestiona siete formatos exteriores.
Como detalle constructivo, cabe mencionar que el 8087 posee 45.000 transistores y consume 3 watt.
Los números y su tratamiento
Hay dos tipos de números que aparecen normalmente durante el cálculo: los números enteros y los
números reales. Aunque los enteros no dejan de ser un subconjunto de los reales, la computadora trabaja
de formas distintas con ambos. Los enteros son fáciles de tratar para la computadora. Los chips
microprocesadores de propósito general trabajan con números enteros utilizando la representación binaria
de números en complemento a dos. Pueden trabajar incluso con números que excedan el tamaño de la
palabra a base de fragmentar los números en unidades más pequeñas. Es lo que se llama aritmética de
precisión múltiple. Los números reales, sin embargo, son más difíciles. En primer lugar, la mayoría de
ellos nunca pueden representarse exactamente. La representación en coma flotante permite una
representación aproximada muy buena en la práctica de los números reales. La representación en coma
flotante es en el fondo una variación de la notación científica que puede verse en el visualizador de
cualquier calculadora. Con este sistema, la representación de un número consta de tres partes: el signo, el
exponente y la mantisa. Antes de continuar, veremos por qué es necesaria esta representación. Para los
principiantes en el tema, consideremos el siguiente ejemplo de notación científica: 4,1468E2. En este
ejemplo el signo es positivo (porque no está se supone positivo), la mantisa es 4,1468 y el exponente 2. El
valor representado por este número es: 4,1468 x 10 ^ 2 = 414,68.
MICROPROCESADOR 80186
Estos microprocesadores altamente integrados aparecieron en 1982. Por "altamente integrados" se
entiende que el chip contiene otros componentes aparte de los encontrados en microprocesadores
comunes como el 8088 u 8086. Generalmente contienen, aparte de la unidad de ejecución, contadores o
"timers", y a veces incluyen memoria RAM y/o ROM y otros dispositivos que varían según los modelos.
Cuando contienen memoria ROM, a estos chips se los llama microcomputadoras en un sólo chip (no
siendo éste el caso de los microprocesadores 80186/80188).
Externamente se encapsulaban en el formato PGA (Pin Grid Array) de 68 pines.
Los microprocesadores 80188/80186 contenían, en su primera versión, lo siguiente:
Generador de reloj
El 80186/80188 contiene un oscilador interno de reloj, que requiere un cristal externo o una fuente de
frecuencia con niveles TTL. La salida de reloj del sistema tiene una frecuencia de 8 MHz con 50% de
ciclo de trabajo (la mitad del tiempo en estado alto y la otra mitad en estado bajo) a la mitad de frecuencia
de oscilación del cristal (que debe ser de 16 MHz). Esta salida puede utilizarse para atacar las entradas de
reloj (clock) de otros componentes, haciendo innecesario tener un chip externo dedicado a la generación
de reloj.
Temporizadores
En estos microprocesadores se incluyen dos temporizadores / contadores programables para contar o
medir tiempos de eventos externos y para generar formas de onda no repetitivas. El tercero, que no está
conectado al exterior, es útil para implementar demoras y como un prescaler (divisor) para los otros dos
que están conectados exteriormente. Estos temporizadores son muy flexibles y pueden configurarse para
contar y medir tiempos de una variedad de actividades de entrada/salida.
Cada uno de los tres temporizadores está equipado con un registro contador de 16 bits que contiene el
valor actual del contador/temporizador. Puede ser leído o escrito en cualquier momento (aunque el
temporizador esté corriendo). Además cada temporizador posee otro registro de 16 bits que contiene el
máximo valor que alcanzará la cuenta. Cada uno de los dos temporizadores conectados exteriormente
posee otro registro de cuenta de 16 bits que permite alternar la cuenta entre dos valores máximos de
cuenta (lo que sirve para generar señales con ciclo de trabajo diferente del 50%) programables por el
usuario. Cuando se alcanza la cuenta máxima, se genera una interrupción y el registro que lleva la cuenta
(el primero mencionado) se pone a cero.
MICROPROCESADOR 80188
Estos microprocesadores altamente integrados aparecieron en 1982. Por "altamente integrados" se
entiende que el chip contiene otros componentes aparte de los encontrados en microprocesadores
comunes como el 8088 u 8086. Generalmente contienen, aparte de la unidad de ejecución, contadores o
"timers", y a veces incluyen memoria RAM y/o ROM y otros dispositivos que varían según los modelos.
Cuando contienen memoria ROM, a estos chips se los llama microcomputadoras en un sólo chip (no
siendo éste el caso de los microprocesadores 80186/80188).
Externamente se encapsulaban en el formato PGA (Pin Grid Array) de 68 pines.
Los microprocesadores 80188/80186 contenían, en su primera versión, lo siguiente:
Generador de reloj
El 80186/80188 contiene un oscilador interno de reloj, que requiere un cristal externo o una fuente de
frecuencia con niveles TTL. La salida de reloj del sistema tiene una frecuencia de 8 MHz con 50% de
ciclo de trabajo (la mitad del tiempo en estado alto y la otra mitad en estado bajo) a la mitad de frecuencia
de oscilación del cristal (que debe ser de 16 MHz). Esta salida puede utilizarse para atacar las entradas de
reloj (clock) de otros componentes, haciendo innecesario tener un chip externo dedicado a la generación
de reloj.
Temporizadores
En estos microprocesadores se incluyen dos temporizadores / contadores programables para contar o
medir tiempos de eventos externos y para generar formas de onda no repetitivas. El tercero, que no está
conectado al exterior, es útil para implementar demoras y como un prescaler (divisor) para los otros dos
que están conectados exteriormente. Estos temporizadores son muy flexibles y pueden configurarse para
contar y medir tiempos de una variedad de actividades de entrada/salida.
Cada uno de los tres temporizadores está equipado con un registro contador de 16 bits que contiene el
valor actual del contador/temporizador. Puede ser leído o escrito en cualquier momento (aunque el
temporizador esté corriendo). Además cada temporizador posee otro registro de 16 bits que contiene el
máximo valor que alcanzará la cuenta. Cada uno de los dos temporizadores conectados exteriormente
posee otro registro de cuenta de 16 bits que permite alternar la cuenta entre dos valores máximos de
cuenta (lo que sirve para generar señales con ciclo de trabajo diferente del 50%) programables por el
usuario. Cuando se alcanza la cuenta máxima, se genera una interrupción y el registro que lleva la cuenta
(el primero mencionado) se pone a cero.
MICROPROCESADOR 80C187
El 80C187 es un coprocesador relativamente nuevo diseñado para soportar el microprocesador 80C186
(el 80188 no soporta ninguna clase de coprocesadores). Se introdujo en 1989 e implementa el conjunto de
instrucciones del 80387.
Está disponible en el formato CERDIP (CERamic Dual Inline Package) de 40 pines y PLCC (Plastic
Leaded Chip Carrier) de 44. La máxima frecuencia es 16 MHz. A dicha frecuencia el consumo máximo
es de 780 mW.
MICROPROCESADOR 80286
Este microprocesador apareció en febrero de 1982. Los avances de integración que permitieron agregar
una gran cantidad de componentes periféricos en el interior del 80186/80188, se utilizaron en el 80286
para hacer un microprocesador que soporte nuevas capacidades, como la multitarea (ejecución simultánea
de varios programas), lo que requiere que los programas no "choquen" entre sí, alterando uno los datos o
las instrucciones de otros programas. El 80286 tiene dos modos de operación: modo real y modo
protegido. En el modo real, se comporta igual que un 8086, mientras que en modo protegido, las cosas
cambian completamente, como se explica a partir del próximo párrafo. Esto necesitó un nivel de
integración mucho mayor. El 80286 contiene 134.000 transistores dentro de su estructura (360% más que
el 8086). Externamente está encapsulado en formato PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) con pines en
forma de J para montaje superficial, o en formato PGA (Pin Grid Array), en ambos casos con 68 pines.
El microprocesador 80286 ha añadido un nuevo nivel de satisfacción a la arquitectura básica del 8086,
incluyendo una gestión de memoria con la extensión natural de las capacidades de direccionamiento del
procesador. El 80286 tiene elaboradas facilidades incorporadas de protección de datos. Otras
características incluyen todas las características del juego de instrucciones del 80186, así como la
extensión del espacio direccionable a 16 MB, utilizando 24 bits para direccionar (2
24
= 16.777.216).
El 80286 revisa cada acceso a instrucciones o datos para comprobar si puede haber una violación de los
derechos de acceso. Este microprocesador está diseñado para usar un sistema operativo con varios
niveles de privilegio. En este tipo de sistemas operativos hay un núcleo que, como su nombre indica, es la
parte más interna del sistema operativo. El núcleo tiene el máximo privilegio y los programas de
aplicaciones el mínimo. Existen cuatro niveles de privilegio. La protección de datos en este tipo de
sistemas se lleva a cabo teniendo segmentos de código (que incluye las instrucciones), datos (que incluye
la pila aparte de las variables de los programas) y del sistema (que indican los derechos de acceso de los
otros segmentos).
MICROPROCESADOR 80287
La interfaz coprocesador-CPU es totalmente diferente que en el caso del 8087. Como el 80286
implementa protección de memoria a través de un MMU basado en segmentación, hubiera sido demasiado
caro duplicar esta lógica en el coprocesador, que una solución como la interfaz 8086/8088 a 8087 hubiera
demandado. En vez de ello, en un sistema con 80286 y 80287 la CPU busca y almacena todos los códigos
de operación para el coprocesador. La información se pasa a través de los puertos F8h-FFh del CPU.
Como estos puertos son accesibles bajo el control del programa, se debe tener cuidado en los programas
que no se escriban datos en dichos puertos, ya que esto podría corromper datos en el coprocesador.
La combinación 8087/8088 se puede caracterizar como una cooperación de compañeros, mientras que el
80286/287 es más una relación amo/esclavo. Esto hace más fácil la sincronización, ya que la instrucción
completa y el flujo de datos del coprocesador pasa a través de la CPU. Antes de ejecutar la mayoría de las
instrucciones del coprocesador, el 80286 verifica su pin /BUSY, que está conectado al 80287 y señala si
aún está ejecutando una instrucción previa o encontró una excepción. Por lo tanto la instrucción WAIT
antes de las instrucciones del coprocesador está permitida pero no es necesaria.
La unidad de ejecución del 80287 es prácticamente idéntica al del 8087, esto es, casi todas las
instrucciones se ejecutan en la misma cantidad de ciclos de reloj en ambos coprocesadores. Sin embargo
debido a la comunicación que debe realizar el 80287 con la CPU (alrededor de 40 ciclos de reloj), una
combinación 80286/80287 puede tener menor rendimiento de punto flotante que un sistema 8086/8087
corriendo a la misma velocidad de reloj.
Versiones del 80287: El 80287 fue el coprocesador original para el procesador 80286 y se introdujo en
1983. Usa la misma unidad de ejecución interna que el 8087 y tiene la misma velocidad (a veces es más
lento debido al tiempo que tarda la comunicación con el 80286). Como el 8087, no provee compatibilidad
completa con la norma IEEE-754 de punto flotante que apareció en 1985. El 80287 fue realizado en
tecnología NMOS con el formato externo CERDIP de 40 pines. La frecuencia máxima era de 10 MHz. El
consumo de potencia era el mismo que el del 8087 (2,4 watt máximo).
El 80287 ha sido reemplazado pon su sucesor más rápido, el 287XL, basado en tecnología CMOS e
introducido en 1990. Como tiene la misma unidad de ejecución que el 80387, cumple con la norma
IEEE-754 y ejecuta bastante más rápido que su antecesor. A 12,5 MHz consume 675 mW (la cuarta parte
que su antecesor).
MICROPROCESADOR 80386
El 80386 consiste en una unidad central de proceso (CPU), una unidad de manejo de memoria (MMU) y
una unidad de interfaz con el bus (BIU).
La CPU está compuesta por la unidad de ejecución y la unidad de instrucciones. La unidad de ejecución
contiene los ocho registros de 32 bits de propósito general que se utilizan para el cálculo de direcciones y
operaciones con datos y un barrel shifter de 64 bits que se utiliza para acelerar las operaciones de
desplazamiento, rotación, multiplicación y división. Al contrario de los microprocesadores previos, la
lógica de división y multiplicación utiliza un algoritmo de 1 bit por ciclo de reloj. El algoritmo de
multiplicación termina la iteración cuando los bits más significativos del multiplicador son todos ceros, lo
que permite que las multiplicaciones típicas de 32 bits se realicen en menos de un microsegundo.
La unidad de instrucción decodifica los códigos de operación (opcodes) de las instrucciones que se
encuentran en una cola de instrucciones (cuya longitud es de 16 bytes) y los almacena en la cola de
instrucciones decodificadas (hay espacio para tres instrucciones).
El sistema de control de la unidad de ejecución es el encargado de decodificar las instrucciones que le
envía la cola y enviarle las órdenes a la unidad aritmética y lógica según una tabla que tiene almacenada en
ROM llamada CROM (Control Read Only Memory).
La unidad de manejo de memoria (MMU) consiste en una unidad de segmentación (similar a la del
80286) y una unidad de paginado (nuevo en este microprocesador). La segmentación permite el manejo
del espacio de direcciones lógicas agregando un componente de direccionamiento extra, que permite que
el código y los datos se puedan reubicar fácilmente. El mecanismo de paginado opera por debajo y es
transparente al proceso de segmentación, para permitir el manejo del espacio de direcciones físicas. Cada
segmento se divide en uno o más páginas de 4 kilobytes. Para implementar un sistema de memoria virtual
(aquél donde el programa tiene un tamaño mayor que la memoria física y debe cargarse por partes
(páginas) desde el disco rígido), el 80386 permite seguir ejecutando los programas después de haberse
detectado fallos de segmentos o de páginas. Si una página determinada no se encuentra en memoria, el
80386 se lo indica al sistema operativo mediante la excepción 14, luego éste carga dicha página desde el
disco y finalmente puede seguir ejecutando el programa, como si hubiera estado dicha página todo el
tiempo. Como se puede observar, este proceso es transparente para la aplicación, por lo que el
programador no debe preocuparse por cargar partes del código desde el disco ya que esto lo hace el
sistema operativo con la ayuda del microprocesador.
La memoria se organiza en uno o más segmentos de longitud variable, con tamaño máximo de 4
gigabytes. Estos segmentos, como se vio en la explicación del 80286, tienen atributos asociados, que
incluyen su ubicación, tamaño, tipo (pila, código o datos) y características de protección.
MICROPROCESADOR 80387
La interfaz en los sistemas 80386/80387 es muy similar a la de los sistemas 80286/80287. Sin embargo,
para prevenir la corrupción de datos del coprocesador debido a errores de los programas que corren en la
CPU, se utilizan los puertos de entrada/salida 800000F8h-800000FFh que no son accesibles a los
programas. La comunicación ha sido optimizada ya que, al utilizar transferencias de 32 bits, se necesitan
de 14 a 20 ciclos de reloj. La única manera de eliminar esta pérdida de tiempo consiste en integrar el
coprocesador y la CPU en un único chip, como se hizo posteriormente en el microprocesador 80486.
Versiones del 80387
El 80387 fue la primera generación de coprocesadores específicamente diseñados para la CPU 80386. Fue
introducido en 1986, un año después que el CPU 80386.
El 80387 fue superado por el 387DX, que fue introducido en 1989. El viejo 80387 era 20% más lento
que el 387DX. El 80387 estába empaquetado en el formato PGA de 68 pines y estaba manufacturado con
la tecnología CHMOS III de 1,5 micrones. La máxima velocidad del 80387 fue de 20 MHz. El 387DX es
la segunda generación. Esta versión está realizada en un proceso CMOS más avanzado (tecnología
CHMOS IV) que permite una frecuencia de 33 MHz. Algunas instrucciones se han mejorado mucho más
que el 20% de promedio. Por ejemplo, la instrucción FBSTP es 3,64 veces más rápido que en el 80387.
El 387SX es el coprocesador que se aparea con el 386SX con un bus de datos de 16 bits, en vez de los 32
que tienen los anteriores. El 387SX tiene la misma unidad de ejecución que el 80387 original. Viene en
formato PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) de 68 pines con una frecuencia máxima de 20 MHz.
El 387SL (que se introdujo en 1992) se diseñó para ser utilizado en sistemas junto con el 386SL en
notebooks y laptops. Está realizado con la tecnología CHMOS IV estática (no se pierden los datos
internos si se detiene el reloj) y tiene la misma unidad de ejecución que el 387DX.
MICROPROCESADOR 80486
Este microprocesador es básicamente un 80386 con el agregado de una unidad de punto flotante
compatible con el 80387 y un caché de memoria de 8 KBytes. Por lo tanto los bloques que componen el
80486 son los siguientes:
1. Unidad de ejecución: Incluye los registros de uso general de 32 bits, la unidad lógico-matemática
y un barrel shifter de 64 bits. La unidad de ejecución está mejorada con lo que se necesita un sólo
ciclo de reloj para las instrucciones más frecuentes.
2. Unidad de segmentación: Incluye los registros de segmento, los cachés de información de
descriptores y la lógica de protección. No tiene diferencias con respecto al 80386.
3. Unidad de paginación: Es la encargada de traducir las direcciones lineales (generadas por la
unidad anterior) en direcciones físicas. Incluye el buffer de conversión por búsqueda (TLB). Los
últimos modelos (DX4, algunos DX2) soportan páginas de 4MB aparte de las de 4KB del 80386.
4. Unidad de caché: La evolución de las memorias hizo que el tiempo de acceso de las mismas
decrecieran lentamente, mientras que la velocidad de los microprocesadores aumentaba
exponencialmente. Por lo tanto, el acceso a memoria representaba el cuello de botella. La idea del
caché es tener una memoria relativamente pequeña con la velocidad del microprocesador. La
mayoría del código que se ejecuta lo hace dentro de ciclos, con lo que, si se tiene el ciclo completo
dentro del caché, no sería necesario acceder a la memoria externa. Con los datos pasa algo similar:
también ocurre un efecto de localidad. El caché se carga rápidamente mediante un proceso
conocido como "ráfaga", con el que se pueden transferir cuatro bytes por ciclo de reloj. Más abajo
se da información más detallada de esta unidad.
5. Interfaz con el bus: Incluye los manejadores del bus de direcciones (con salidas de A31-A2 y
BE0# a BE3# (mediante esto último cada byte del bus de datos se habilita por separado)), bus de
datos de 32 bits y bus de control.
6. Unidad de instrucciones: Incluye la unidad de prebúsqueda que le pide los bytes de instrucciones
al caché (ambos se comunican mediante un bus interno de 128 bits), una cola de instrucciones de 32
bytes, la unidad de decodificación, la unidad de control, y la ROM de control (que indica lo que
deben hacer las instrucciones).
MICROPROCESADOR PENTIUM
El 19 de octubre de 1992, Intel anunció que la quinta generación de su línea de procesadores compatibles
(cuyo código interno era el P5) llevaría el nombre Pentium en vez de 586 u 80586, como todo el mundo
estaba esperando. Esta fue una estrategia de Intel para poder registrar la marca y así poder diferir el
nombre de sus procesadores del de sus competidores (AMD y Cyrix principalmente).
Este microprocesador se presentó el 22 de marzo de 1993 con velocidades iniciales de 60 y 66 MHz (112
millones de instrucciones por segundo en el último caso), 3.100.000 transistores (fabricado con el proceso
BICMOS (Bipolar-CMOS) de 0,8 micrones), caché interno de 8 KB para datos y 8 KB para
instrucciones, verificación interna de paridad para asegurar la ejecución correcta de las instrucciones, una
unidad de punto flotante mejorada, bus de datos de 64 bit para una comunicación más rápida con la
memoria externa y, lo más importante, permite la ejecución de dos instrucciones simultáneamente. El chip
se empaqueta en formato PGA (Pin Grid Array) de 273 pines.
Como el Pentium sigue el modelo del procesador 386/486 y añade unas pocas instrucciones adicionales
pero ningún registro programable, ha sido denominado un diseño del tipo 486+. Esto no quiere decir que
no hay características nuevas o mejoras que aumenten la potencia. La mejora más significativa sobre el
486 ha ocurrido en la unidad de punto flotante. Hasta ese momento, Intel no había prestado mucha
atención a la computación de punto flotante, que tradicionalmente había sido el bastión de las estaciones
de ingeniería. Como resultado, los coprocesadores 80287 y 80387 y los coprocesadores integrados en la
línea de CPUs 486 DX se han considerado anémicos cuando se les compara con los procesadores RISC
(Reduced Instruction Set Computer), que equipan dichas estaciones.
Todo esto ha cambiado con el Pentium: la unidad de punto flotante es una prioridad para Intel, ya que
debe competir en el mercado de Windows NT con los procesadores RISC tales como el chip Alpha 21064
de Digital Equipment Corporation y el MIPS R4000 de Silicon Graphics. Esto puede ayudar a explicar
por qué el Pentium presenta un incremento de 5 veces en el rendimiento de punto flotante cuando se le
compara con el diseño del 486. En contraste, Intel sólo pudo extraer un aumento del doble para
operaciones de punto fijo o enteros.
El gran aumento de rendimiento tiene su contraparte en el consumo de energía: 13 watt bajo la operación
normal y 16 watt a plena potencia (3,2 amperes x 5 volt = 16 watt), lo que hace que el chip se caliente
demasiado y los fabricantes de tarjetas madres (motherboards) tengan que agregar complicados sistemas
de refrigeración.
Teniendo esto en cuenta, Intel puso en el mercado el 7 de marzo de 1994 la segunda generación de
procesadores Pentium. Se introdujo con las velocidades de 90 y 100 MHz con tecnología de 0,6 micrones
y Posteriormente se agregaron las versiones de 120, 133, 150, 160 y 200 MHz con tecnología de 0,35
micrones. En todos los casos se redujo la tensión de alimentación a 3,3 volt. Esto redujo drásticamente el
consumo de electricidad (y por ende el calor que genera el circuito integrado). De esta manera el chip más
rápido (el de 200 MHz) consume lo mismo que el de 66 MHz. Estos integrados vienen con 296 pines.
Además la cantidad de transistores subió a 3.300.000. Esto se debe a que se agregó circuitería adicional
de control de clock, un controlador de interrupciones avanzado programable (APIC) y una interfaz para
procesamiento dual (facilita el desarrollo de motherboards con dos Pentium).
La Máquina Analítica de Babbage constaba de los mismos componentes materiales que su anterior Máquina de Diferencias, es decir, engranajes y ejes, pero a una escala mayor, puesto que requería miles de esos elementos, por un lado, y controles de regulación, por otro. El inmenso conjunto proyectado sólo podía accionarse mediante la energía producida por una máquina de vapor.
Se considera la primera computadora electrónica de propósito general (ordenador). Si bien, actualmente se considera la primera a la Atanasoff Berry Computer (ABC), que fue el primer computador electrónico y digital automático, construido por el Dr. John Vincent Atanasoff con la ayuda de Clifford Edward Berry entre 1937 y 1942.
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