PROCESADORES.

Procesadores 386 El Intel 80386 (386) agitó la industria del PC debido al gran cambio que suponía; era un procesador completamente de 32 bits optimizado para operaciones a alta velocidad y sistemas operativos multitarea. El chip fue introducido por Intel en 1985, pero apareció en los primeros equipos a finales de 1986 y principios de 1987. El 386 podía ejecutar el modo real de instrucciones de un 8086 y un 8088, pero en menos ciclos de reloj. Aunque era igual de eficiente que el 286 en lo que respecta a promedio de ciclos que necesita una instrucción para ejecutarse (4,5), el 386 ofrecía una cuantiosa mejora en otras áreas, principalmente por añadir capacidades software adicionales (modos) y una unidad de gestión de memoria (MMU) mejor. Como dije antes el 386 puede cambiar de modo protegido a real y viceversa por medio de software, sin reseteo, lo que hace aún más útil el modo protegido. 

También incluía un nuevo modo, llamado virtual real, que permitía ejecutar varias sesiones en modo real simultáneamente sobre modo protegido. El modo protegido del 386 es totalmente compatible con el modo protegido del 286. El modo protegido para ambos chips fue llamado su “modo nativo” debido a que los chips fueron diseñados para sistemas operativos avanzados que sólo se ejecutaban en modo protegido. 

Intel extendió las capacidades de direccionamiento de memoria del modo protegido del 386 con una nueva MMU que proporcionaba paginación avanzada y posibilidad de cambio de contexto. El modo virtual real ya era algo más novedoso. En este modo, el procesador puede ejecutar sin 6 riesgo el modo real del 8086. Se pueden ejecutar múltiples sistemas operativos a la vez, cada uno en un área protegida de memoria. Si los programas en uno de los segmentos de memoria fallan, el resto del sistema no sufre ningún riesgo. Se fabricaron varias versiones del 386, algunas con menos potencia y más económicas, y otras que consumían menos energía, orientadas a equipos portátiles.

 Procesadores 386 DX Fue el primero que Intel introdujo. Es un procesador de 32 bits con registros internos de 32 bits, un bus de datos interno de 32 bits, y un bus de datos externo de 32 bits. Contenía 275,000 transistores, y consumía menos energía que el 8086. Su consumo de energía era menor porque estaba hecho con materiales CMOS, cuyo diseño permite a los dispositivos consumir niveles de energía extremadamente bajos. EL 386 estaba disponible en velocidades que iban desde 16 Mhz hasta 33 Mhz; otras compañías, principalmente AMD y Cyrix, ofrecieron al mercado versiones similares (o al menos comparables) con velocidades de 40 Mhz aproximadamente. Procesadores 386 SX Fue fabricado pensando en diseñadores de sistemas que buscaran las capacidades del 386 a precio de 286. 

De forma similar a como lo hacía el 286, el 386 SX está restringido a sólo 16 bits cuando se comunica con otros componentes del sistema como la memoria. Internamente, sin embargo, el 386 SX es igual que el 386 DX, tiene registros internos de 32 bits y puede ejecutar software de 32 bits. El 386 SX usa 24 bits para direccionar memoria, como el 286, en lugar de los 32 bits del bus del 386 DX. El procesador que nos ocupa supuso el final del 286, ya que tenía una MMU mejor y el modo de ejecución virtual real, aparte de la ventaja evidente que supone el poder ejecutar software de 32 bits. Procesadores 386 SL Esta CPU de bajo consumo tiene las mismas capacidades que el 386 SX, pero fue diseñada para sistemas portátiles en los que el consumo bajo era necesario. Ofrecía características especiales para la gestión de energía que eran importantes para los equipos que funcionaban con baterías. Además tenía varios modos de hibernación para conservar la energía. 

Incluía una arquitectura extendida que contenía un sistema de manejo de interrupciones que permitía acceder a las citadas características de gestión de energía. Estas funciones extra aumentaron el número de transistores: si el 386 DX tenía 275,000, el 386 SL tiene 855,000. El 386 SX estaba disponible con una frecuencia de reloj de 25 Mhz. Coprocesador 80387 Fue un coprocesador con un chip matemático de alto rendimiento diseñado específicamente para trabajar con el 386. Usaba también CMOS para tener un consumo de energía bajo. Tenía dos diseños básicos: el 387 DX para el 386 DX, y el 387 SX para el 386 SX y el 386 SL. Es fácil instalar el 387 DX, pero hay que tener cuidado con la orientación al instalarlo en el socket correspondiente. Si se hace mal el chip queda inservible; de hecho el caso más común de chips 387 DX quemados es instalación incorrecta. El cuidado que hay que tener al instalarlos aumenta si 7 tenemos en cuenta que la garantía de Intel no cubría los chips que se habían roto de este modo. 

CUARTA GENERACIÓN: P4 (486) Aunque el cambio que se produjo en la industria no fue tan importante como el de la tercera generación, con los procesadores de esta generación se llegó a doblar el rendimiento de los de la anterior. Hablaremos de los procesadores de cuarta generación de Intel, AMD y otros fabricantes. Procesadores 486 En la carrera por conseguir más velocidad, el Intel 80486 (486) supuso un salto importante. La potencia adicional que proporcionó el 486 impulsó el crecimiento en la industria del software. Decenas de millones de copias de Windows y OS/2 se vendieron porque el 486 finalmente hizo el GUI (interfaz gráfica de usuario) de Windows y OS/2 una opción viable para las personas que trabajaban con sus ordenadores todos los días. Algunas características principales hacían a un 486 aproximadamente dos veces más rápido que un 386 equivalente en Mhz son las siguientes: − Tiempo de ejecución medio de instrucciones reducido a 2 ciclos (el 386 tardaba un promedio de 4,5 ciclos). − Cache de nivel 1 interna, con una tasa de aciertos cercana al 95 %, que podía ser mejorada aún más con las cache externas. − Coprocesador matemático integrado. En promedio, el coprocesador matemático integrado en el 486 DX proporcionaba un rendimiento 2 ó 3 veces mayor que el chip 387 externo. La mayoría de los chips 486 se ofrecían en un rango de velocidades máximas, que variaban entre 16Mhz y 133 Mhz. Al igual que el 386, el 486 se distribuyó en varias versiones. Procesadores 486 DX El 486 DX original fue introducido el 10 de abril de 1989 y los primeros equipos en usarlo aparecieron durante 1990. 

Los primeros chips tenían un máximo de velocidad de 25 Mhz y posteriormente salieron versiones de 33 Mhz y 50 Mhz. Fueron fabricados con tecnología CMOS de bajo consumo. Al igual que el 386 DX, el 486 DX era de 32 bits al completo (registros, bus externo y bus interno). La cuenta de transistores aumentó a 1,2 millones con este procesador, más del cuádruple de los que tenía el 386 DX. Un 486 DX estándar tenía una unidad de proceso, una unidad de come flotante (coprocesador matemático), una MMU y un controlador de cache con 8 Kb de cache interna. El 486 es totalmente compatible a nivel de instrucciones con los procesadores de Intel previos, pero ofrece varias instrucciones nuevas (la mayoría de ellas tienen que ver con controlar la cache interna). 

De forma similar al 386, el 486 puede direccionar 4 GB de memoria física y manejar como mucho 64 TB de memoria virtual, y puede funcionar en los tres modos de operación del 386. La FPU del 486 DX es 100% compatible con el coprocesador matemático 387, pero es mucho más eficiente debido a que funciona en sincronización con el procesador principal. 486 SL Debido a sus propiedades de reducción de consumo de energía, se fabricaron en principio para 8 equipos portátiles, aunque acabaron siendo instalados en muchos sobremesa. Intel diseñó una arquitectura para el manejo de la energía llamada Modo de Manejo del Sistema (SMM), totalmente independiente de software y hardware, que provee recursos tales como temporizadores, registros, etc. El SMM se ejecuta en un espacio de memoria dedicado a él que no es visible y no interfiere en el sistema operativo ni en las aplicaciones software, y tiene una interrupción con mayor prioridad que cualquier otra. 

También diseñaron una característica llamada Suspender/Reanudar, que permite volver a la normalidad en un segundo después de haber suspendido el PC; no hace falta reiniciar, cargar el sistema operativo, o cargar las operaciones y sus datos. 486 SX Introducido en abril de 1991, representa el diseño de bajo coste de la familia 486. Es prácticamente idéntico al DX, pero no incorpora la unidad de coma flotante. 

Al contrario que pasaba con el 386 SX, que según mucha gente era una versión “lisiada” de 16 bits del 386 DX, el 486 SX era completamente de 32 bits. El 486 SX fue más bien un capricho de marketing que nueva tecnología; de hecho las primeras versiones eran chips 486 DX con defectos en la FPU. En lugar de ser desechados, se les desmontaba la sección con la FPU y se vendían como chips SX. Esto pasó sólo al principio, más adelante los SX tenían su propia máscara, que disminuyó el número de transistores de 1,2 millones a 1,185 millones. El Intel 486 SX estaba disponible en versiones desde 16 Mhz hasta 66 Mhz. 487 SX Es una versión del 486 DX diseñada para ser usada como unidad de coma flotante del 486 SX. Procesadores DX2/OverDrive El 3 de marzo de 1992 Intel introdujo el procesador de doble velocidad DX2. EL 26 de mayo anunció que el DX2 estaría disponible en una versión de venta al público llamada OverDrive. Originalmente las versiones OverDrive del DX2 sólo estaban disponibles en versiones de 169-pin, lo que significaba que sólo podían ser usados con 486SX; el 14 de septiembre de 1992 Intel introdujo una versión del OverDrive de168-pin con la que se podían actualizar también los 486DX.

Estos procesadores funcionaban internamente al doble de la velocidad del sistema en el que estaban instalados. Se ofrecieron tres versiones: − 40 Mhz DX2/OverDrive para sistemas de 16 MHz o 20 Mhz. − 50 Mhz DX2/OverDrive para sistemas de 25 MHz. − 66 Mhz DX2/OverDrive para sistemas de 33 Mhz. La velocidad máxima a la que puede llegar es el doble de la frecuencia de reloj del sistema; por tanto si instalas un DX2/OverDrive de 40 Mhz en un 486 SX de 16 Mhz, el chip funcionará como máximo a 32 Mhz. La única parte del DX2 que no funcionaba al doble de velocidad es el bus que gestionaba las operaciones de entrada y salida entre la CPU y el exterior. Aparte de mejorar los sistemas del momento, una de las mejores partes del concepto del DX2 era la de permitir a los diseñadores introducir sistemas muy rápidos usando diseños de placas base más baratos. 9 Pentium OverDrive para equipos 486SX2 y DX2 Salió a la venta en 1995.

Incluía una cache de nivel 1 de 32 Kb y la misma arquitectura superescalar del chip real del Pentium. Además del núcleo Pentium de 32 bits, las características de estos procesadores incrementaron la velocidad de las operaciones debido en parte a la incorporación de la post-escritura en las caches. Si la placa base en la que se instalaba soportaba la post-escritura, la mejora se llevaba a cabo, si no (como pasaba con la mayoría), solo soportaba escritura directa. AMD 486 (5x86) AMD fabricó una serie de chips 486 que se instalaban en placas base 486 estándar. De hecho, fabricaron el procesador 486 más rápido, llamado Am5x86(TM)-P75. El nombre fue un poco engañoso, ya que debido al “5x86” mucha gente se pensaba q era un procesador de 5ª generación tipo Pentium. 

En realidad, era un 486 con la velocidad de reloj multiplicada (4x) que corría a 4 veces la velocidad de la placa base 486 de 33Mhz en la que era instalado. El 5x86 ofrecía grandes mejoras tales como una cache unificada de 16 Kb con post-escritura o un núcleo de 133 Mhz; era aproximadamente comparable al Pentium 75, de ahí que en el nombre se incluyera “P75”. Cabe decir que no todas las placas base 486 soportan el 5x86, y que hay unas cuantas cosas que hay que saber cuando se instala uno de estos procesadores en una de estas placas, pero no me voy a detener a explicarlas ya que carecen de interés en lo que a historia de los procesadores se refiere. Cyrix/TI 486 Los procesadores Cyrix 486DX2/DX4 estaban disponibles en velocidades de 100 Mhz, 80 Mhz, 75 Mhz, 66 Mhz y 50 Mhz. De forma similar a los chips 486 de AMD, las versiones de Cyrix son totalmente compatible con los 486 de Intel y funcionan en la mayoría de las placas base 486. El Cyrix 486DX2/DX4 incorpora una cache de 8 Kb con post-escritura, una unidad de coma flotante integrada, un sistema de gestión de energía avanzado y un SMM. QUINTA GENERACIÓN: P5 (Pentium) Se describirán los procesadores de 5ª generación de Intel, AMD, y otras compañías. 

Procesadores Pentium El 19 de octubre de 1992, Intel anunció que su serie de microprocesadores de 5ª generación (con nombre en clave P5) se llamaría Pentium, en lugar de 586, que era el nombre que todo el mundo habría supuesto que tendría. Ciertamente lo natural hubiera sido llamarlo 586, pero Intel descubrió que no se podía registrar una marca compuesta sólo de números, y la compañía quería evitar que otras fabricadoras usaran el mismo nombre para los “chips clon” que desarrollaran. El chip se presentó el 22 de marzo de 1993, y ya había equipos usándolo varios meses después. El Pentium era totalmente compatible con los procesadores de Intel anteriores, pero obviamente existían diferencias. Posiblemente la más importante es que podía ejecutar dos instrucciones a la vez debido a sus dos pipelines de datos, lo cual equivalía a tener dos chips 486. 

Intel llamó a esta 10 capacidad “tecnología superescalar”, y suele estar asociada con chips RISC; de hecho el Pentium es uno de los primeros chips CISC en ser considerados superescalares. Los dos pipelines de instrucciones fueron llamados u y v. El u, el principal, puede ejecutar todas las instrucciones enteras y en coma flotante, mientras que el v, el secundario, puede ejecutar instrucciones enteras y sólo algunas en coma flotante. A esta cualidad de ejecutar dos instrucciones al mismo tiempo en cada unidad de ejecución se le llamó pairing. Muchas veces el pairing no era posible, en cuyo caso sólo se usaba el pipeline u; por tanto, para optimizar la eficiencia del Pentium, la opción mas idónea es revisar el software de forma que más instrucciones puedan ser ejecutadas de forma paralela. 

Otra cualidad importante de los Pentium era la inclusión de un sistema de predicción de saltos, que le permitía mantener siempre ambos pipelines trabajando. Con respecto a sus especificaciones, que hacen más fácil compararlo con los procesadores previos, tenía un bus de direcciones de 32 bits, permitiendo direccionar la misma cantidad de memoria física que se había podido desde el 386, 4 GB; sin embargo, el bus de datos se aumentó a 64 bits, aunque el procesador seguía manteniendo compatibilidad de 32 bits para las operaciones internas y los registros también eran de 32 bits. 

Debido a esto mucha gente pensaba que Intel inducía a error al llamar al Pentium un “procesador de 64 bits”. El Pentium tenía dos caches separadas de 8 KB, diferenciando una de código y otra de datos, al contrario que el 486, que tenía una única cache de 8 KB ó 16 KB. El controlador de cache estaba integrado en el chip, y te dejaba elegir la política de escritura que querías entre post-escritura y escritura directa. Procesadores Pentium de primera generación Se fabricaron tres diseños de Pentium, cada uno con varias versiones. La primera generación ofrecía velocidades de 60 Mhz y 66 Mhz. El procesador corría a la misma velocidad que la placa base (1x). Esta primera generación tuvo varios problemas. El chip era muy grande debido al uso de una tecnología de 0,8 micras, lo cual criticaron compañías como Motorola e IBM, que ya usaban tecnología de 0,6 micras para sus chips más avanzados. 

El otro problema estaba relacionado con el consumo, pues el Pentium consumía mucho y se calentaba, aunque se podía solucionar con un ventilador... mientras éste funcionara. Los Pentium de primera generación no son compatibles con los posteriores, por lo que la única manera de mejorarlo sin cambiar la placa base es mediante los chips OverDrive lanzados por Intel, que funcionaban de manera similar a como lo hacían con el 486. En general, es mejor considerar una renovación de placa base, que aceptará un nuevo procesador que puede ser mucho más rápido, que actualizar usando un procesador OverDrive, que como mucho será el doble de rápido. 

Los Procesadores Pentium de segunda generación Intel los anunció el 7 de marzo de 1994, y se encontraba disponible en versiones que iban desde los 75 Mhz a los 200 Mhz. Esta vez sí que usaron tecnología de 0,6 micras, para reducir el tamaño y el consumo de energía. De hecho, a partir de 120 Mhz usaron tecnología de 0,35 micras. Como se dijo antes, la única forma de pasarse a esta segunda generación es cambiando la placa base; es decir, los Pentium de segunda generación son incompatibles con los de la primera. Esta generación permitía al procesador multiplicar su velocidad de reloj de manera que podían ir más rápido que el bus; el de 150 Mhz podía llegar a multiplicar por 2.5 la velocidad de reloj (2.5x), y el de 200 Mhz podía multiplicarlo por 3 (3x). También se fabricaron procesadores OverDrive para esta generación, cuyas principales características eran aumentar la velocidad y, quizás la más importante, la incorporación de