lunes, 22 de octubre de 2012

                                           Trabajo Practico Nº 5: Microprocesadores

La historia de la electronica digital arranca a principio del siglo 19 cuando George Boole desarrolla un sistema logico basado en variables binarias (quiere decir que puede tomar solo dos valores http://es.wikipedia.org/wiki/George_Boole

Las operaciones básicas del álgebra de son:

operación AND (y)

│F=A·B│FUNCION

0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1



operacion OR (o)

│F=A+B│FUNCION

Tabla de verdad

A
B
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1

operacion NOT (no)

F=A

A
-A
0
1
1
0

operacion XOR (oexclusiva)

│F=A+B│FUNCION

Tabla de verdad

A
B
C
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0


Estas operaciones y sus correspondientes tablas de verdad fueron planteadas por george boole y como coronario  establecia  por estas operaciones logicas se podia realizar operaciones matematicas si asociaban convenientementes. Con el desarrollo de la electricidad fue posible realizar estas operaciones mediante circuitos electricos con interruptores.

AND


Con el desarrollo de la tecnologia fue posible construir estos circuitos desde otros dispositivos que funcionan como interruptores: reles, val bulas electrónicas de vacios y finalmente transistores. Estos ultimos transistores ,dado su pequeño tamaño pueden agruparse sobre una unica base llamada sulftrato constituyendo asi los llamados circuitos integrados. Hoy en dia en un circuito integrado complejo como un microprocesador puede haber mas de 70 millones de trancistores siempre funcionando como interruptores. Los simbolos que se utilisan en los circuitos digitales  para las operaciones logicas de algebra de boole son llamados compuetas logicas

 

basandonos en las tablas de verdad de las operaciones vistas desarrollaremos un circuito sumador


A
B
S
Cy
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1




Como vemos es posible construir circuitos digitales que por mediante compuertas logicas pueden realizar distintas funciones .
hasta 1970 se desarrollaron circuitos digitales que podian ser utilizados para una aplicacion determinada.
a partir de 1970 se comenzo a fabricar circuitos programables lo que permitio que un circuito integrado se pudiera usar para distintas aplicaciones, utilizando distintos programas. esta solucion abarato los costos dado que un mismo circuito integrado tiene multiples aplicaciones : Computadoras para automoviles, monitores de terapia intensiva  sistema de alarma, todos utilizan el mismo circuito pero cada usuario debe desarrollar su propio programa.
La historia de la informatica esta signada por el desarrollo de los microprocesadores.
los micros procesadores se clasifican y se denominan en funcion del ancho de su bus de datos, medido en bits, lo que corresponde con la cantidad de informacion que el micro puede trabajar en paralelo. Tambien se especifica la cantidad de operaciones básicas que puede realizar en medidas en ciclos por segundos o hertz. En la practica solo se fabrican microprocesadores cuyo bus de datos tenga un ancho igual a lo valores de las susecibas de las potencias de dos, existe entonces procesadores de dos cuatro ocho diez y seis y treinta y dos y 64 bits. El primer microprocesadors conocido fue fabricado por la firma intel en 1961 y la de 4004






EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES


INTEL
Han pasado más de 25 años desde que Intel diseñara el primer microprocesador, siendo la compañía pionera en el campo de la fabricación de estos productos, y que actualmente cuenta con más del 90 por ciento del mercado. Un tiempo en el que todo ha cambiado enormemente, y en el que desde aquel 4004 hasta el actual Pentium IV hemos visto pasar varias generaciones de máquinas que nos han entretenido y nos han ayudado en el trabajo diario.




LOS PRIMEROS MICROPROCESADORES

En 1971, Intel sacó el primer procesador, con un ancho de bus de 4 bits y unos 100 Khz. de velocidad. El segundo procesador de Intel salió un año después del 4004, se trataba del 8008, que ya trabajaba a 8 bits.
En 1978 había ya un microprocesador de 16 bits, el 8086, con velocidades de 5, 8 y 10 MHz
El sucesor al 8086 fue el 8088 fue desarrollado entre 1.979 y Agosto de 1981.Era una versión mejorada del microprocesador 8086 de Intel de 16 bit pero con un bus de 8 bit. Este se convirtió en el procesador de los IBM PC. El otro cambio que se produjo fue la reducción del tamaño. Las características técnicas eran: reloj inicial de 4.7Mhz y la posibilidad de direccionamiento de hasta 1MB de memoria.
El 8087 fue el primer co-procesador de Intel diseñado para funcionar en paralelo de los procesadores 8088 y 8086. Este procesador admitía 60 nuevas instrucciones. El hecho de que convivieran el 8087 y 8086/88, hacía que se pudieran repartir las tareas y que funcionaran al mismo tiempo sin que uno de ellos tuviese que esperar a que el otro acabase de ejecutar una instrucción. Este microprocesador de 16 bits apareció en febrero de 1982, disponía de 134000 transistores CMOS y una velocidad de reloj de 10Mhz.
El microprocesador Intel 80286 se caracterizaba por poseer dos modos de funcionamiento completamente diferenciados: el modo real en el que se encuentra nada más ser conectado a la corriente y el modo protegido en el que adquiere capacidad de proceso multitarea y almacenamiento en memoria virtual. El 80286 tiene un bus de datos de 16 bits, un bus de direcciones de 24 bits; posee 25 instrucciones más que el 8086 y admite 8 modos de direccionamiento. En modo virtual permite direccional hasta 1 Gigabyte. Las frecuencias de trabajo típicas son de 12 y 16 MHz, aunque existen versiones a 20 y 25 MHz.
El 80386 aparece en 1985. Se amplían los buses de datos, el número de líneas de las direcciones y el tamaño de los registros a 32bits. Esta ampliación supone un incremento en la memoria RAM, que puede direccional 4Gb. El 80386 posee 2.750.000 transistores CMOS y trabaja con un reloj de 16 a 33MHz.
Los Intel 80486 son una familia de microprocesadores de 32 bits con arquitectura x86 diseñados por Intel en 1989. Los 80486 son muy similares a sus predecesores. Las velocidades de reloj típicas para los 486 eran de 16 a 75 MHz. El microprocesador 80486 estaba compuesto por 1200000 transistores CMOS.

PENTIUM Y PENTIUM PRO

La quinta generación de microprocesadores Intel tomó el nombre de Pentium. Aparecido en marzo de 1993 en frecuencias de trabajo de 60 y 66 MHz llega a ser cinco veces más potente que un 80486 a 33 MHz. Posteriormente aparecieron procesadores de esta primera generación a 75, 90, 100 y 133 MHz en la versión Pentium Pro (1995) que llego a los 200 MHz. El Pentium tiene dos unidades de ejecución, puede ejecutar dos instrucciones por ciclo de reloj, ya que también tiene dos unidades aritmético-lógicas.

PENTIUM II

El Pentium II es un microprocesador con arquitectura x86 diseñado por Intel, introducido en el mercado en mayo de 1997. Esta basado en una versión modificada del núcleo P6, usado por primera vez en el Intel Pentium Pro. Los cambios fundamentales respecto a éste último fueron mejorar el rendimiento en la ejecución de código de 16 bits, añadir el conjunto de instrucciones MMX y eliminar la memoria caché de segundo nivel del núcleo del procesador, colocándola en una tarjeta de circuito impreso junto a éste. El Pentium II se comercializó en versiones que funcionaban a una frecuencia de reloj de entre 233 y 450 MHz. La velocidad de bus era originalmente de 66 MHz, pero en las versiones a partir de los 333 MHz se aumentó a 100 MHz. Posee 32 KB de memoria caché de primer nivel. La caché de segundo nivel es de 512 KB.


                                                           Pentium II


PENTIUM III

El Pentium III es un microprocesador de arquitectura i686 fabricado por Intel. Fue lanzado el 26 de febrero de 1999. Las primeras versiones eran muy similares al Pentium II. Al igual que con el Pentium II, existía una versión Celeron de bajo presupuesto y una versión Xeon.
Existen tres versiones de Pentium III: Katmai, Coppermine y Tualatin.


Katmai

La primera versión era muy similar al Pentium. Se había mejorado el controlador del caché L1, lo cual aumentaba ligeramente el desempeño. Los primeros modelos tenían velocidades de 450 y 500 MHz. Más tarde se introdujo el modelo de 550 MHz y posteriormente la de 600 MHz.

Coppermine

Esta versión tenía memoria caché L2 de 256 KB integrada, lo cual mejoró significativamente el rendimiento al compararse con Katmai. Primero se empezaron a vender los microprocesadores desde 500 a 733 MHz. Más tarde Intel lanzó los modelos operando de 750 a 1000 MHz.

Tualatin

De esta versión salieron modelos con 512 KB de caché L2 (llamados PentiumIII-S). La Serie III-S estaba enfocada al mercado de servidores. Entre el 2001 y 2002, Intel introdujo microprocesadores Tualatin a velocidades de 1,13, 1,2, 1,26 y 1,4 GHz. Para evitar que la gama Pentium compitiese con los Celeron, no se produjeron más allá de 1,4 Ghz, aunque el diseño se usó luego para hacer Pentium M de hasta 1,7 GHz.

PENTIUM IV

El Pentium 4 es un microprocesador de séptima generación basado en la arquitectura x86 y manufacturado por Intel. Es el primer microprocesador con un diseño completamente nuevo desde el Pentium Pro de 1995. Al igual que los demás procesadores de Intel, el Pentium 4 se comercializa en una versión para equipos de bajo presupuesto (Celeron) y una orientada a servidores de gama alta (Xeon). Las distintas versiones son: Willamette, Northwood, Extreme Edition y Prescott.

Willamette

Willamette, la primera versión del Pentium 4. A principios del 2001, salieron a la venta los modelos de 1,6, 1,7 y 1,8 GHz, y en agosto, los modelos de 1,9 y 2,0 Ghz. El Willamette de 2,0 GHz fue el primer Pentium 4 que puso en duda el liderazgo en rendimiento, que hasta ese momento estaba liderado indiscutiblemente por la línea Thunderbird de AMD.

Northwood

En octubre de 2001, el Athlon XP reconquistó el liderazgo en la velocidad de los procesadores, pero en enero de 2002 Intel lanzó al mercado los nuevos Northwood de 2,0 y 2,2 GHz. Los Pentium IV entre 2,4 y 2,8 GHz fueron los más veloces del mercado. Un Pentium 4 de 2,4 GHz fue introducido en abril de 2002, uno de 2,53 GHz en mayo. En agosto los modelos de 2,6 y 2,8 GHz, y en noviembre la versión de 3,06 GHz. Este último soporta Hyper Threading, una tecnología que permite al sistema operativo trabajar como si la máquina tuviese dos procesadores. La versión final de los Northwood fue de 3,4 Ghz.

Extreme Edition

En septiembre de 2003, Intel anunció la edición extrema (Extreme Edition) del Pentium 4, apenas sobre una semana antes del lanzamiento del Athlon 64, y el Athlon 64 FX. El diseño era idéntico al Pentium 4, pero se diferenciaba por tener 2 MB adicionales de Memoria caché L3.

Prescott

Aparecieron en febrero de 2004. Se hicieron significativos cambios en la arquitectura del microprocesador, por lo cual muchos pensaron que Intel lo promocionaría como Pentium V. A pesar de que un Prescott funcionando a la misma velocidad que un Northwood rinde menos, la renovada arquitectura del Prescott permite alcanzar mayores velocidades y el overclock es más viable. El modelo de 3,8 GHz es el más veloz de los que hasta ahora han entrado en el mercado.

INTEL CELERON
Celeron es el nombre que lleva la línea de procesadores de bajo costo de Intel. El objetivo era poder, mediante esta segunda marca, penetrar en los mercados que no podían acceder a los procesadores Pentium, de mayor rendimiento pero también más caros. El primer Celeron fue lanzado en 1998, y estaba basado en el Pentium II. Posteriormente, salieron modelos basados en las tecnologías Pentium III y Pentium IV. Los procesadores Celeron se dividen en dos grandes clases y a su vez en varias subclases. Estas dos clases son:
- P6: Basada en los procesadores Pentium II y Pentium III: Covington, Mendocino, Coppermine, Tualatin, Banias, Dotan, Shelton
- Netburst: Basada en los procesadores Pentium IV: Willamette, Northwood, Celeron D (Prescott 256)

AMD

Advanced Micro Devices, Inc. (AMD) es la segunda compañía mundial productora de microprocesadores (detrás de Intel) y uno de los más importantes fabricantes de memoria flash y otros dispositivos Semiconductores. Fue fundada en 1969 y su central está situada en Sunnyvale, California.

  • 80286, 80386, AM486
En 1991 AMD lanza el Am386, su clón del procesador Intel 80386. Luego, en 1993 llegó Am486 que, al igual que su antecesor se vendió a un precio significativamente menor que las versiones de Intel. Un acuerdo entre las dos empresas permitió a AMD producir y vender microprocesadores con microcódigo de Intel 286, 386, y 486.

  • K5
El primer procesador completamente propio de AMD, fue lanzado en 1995. La "K" hacía referencia a "Kryptonite". Estaba pensado para competir directamente con el micro Intel Pentium, puesto al público ya en 1993 pero a nivel de arquitectura tenía mas en común con el recién lanzado Pentium Pro que con Pentium. Concretamente, K5 no igualaba el rendimiento de 6x86 de los Pentium. Como punto a favor puede mencionarse que no tenía los problemas de compatibilidad de 6x86, y no se calentaba tanto como aquel.

  • K6
En 1996 AMD lanzó el K6. Fue construido compatible pin a pin con Intel Pentium, de modo que podía ser utilizado en las populares placas base con zócalo "Socket 7". En enero de 1999, tuvo lugar el último lanzamiento de la serie K6-x, el K6-III de 450MHz. El procesador K6 se acercó mucho al rendimiento de Intel, pero no llegó a superarlo. Intel respondió a los precios bajos de AMD con su versión de "bajo presupuesto" de Pentium, los procesadores Celeron. Y aunque estos no fueron tan populares como Intel esperaba, acorralaron a AMD en el sector del mercado de "ganancias pequeñas".

  • Athlon / K7
En agosto de 1999 AMD lanza el procesador Athlon (K7). Athlon tuvo una micro arquitectura de avanzada, centrada en el rendimiento general del sistema.
La empresa anunció procesadores Athlon de 900Mhz y 1GHz en marzo de 2000. En el mismo mes Intel anunció precipitadamente su Pentium de 1GHz, pero no fue capaz de distribuirlos en cantidad.

  • AMD64 / K8
K8 es una revisión mayor de la arquitectura K7, cuya mejora más notable es el agregado de extensiones de 64 bit sobre el conjunto de instrucciones x86. Esto es importante para AMD puesto que marca un intento de definir el estándar x86, en vez de seguir los estándares marcados por Intel.


Procesadores:

El Intel 4004 tenía 2300 transistores, podía realizar 60.000 operaciones por segundo trabajando a una frecuencia de clock de 700 KHz. Un año después Intel produce un microprocesador de 8 bits, el 8008, que contenía 3300 transistores y podía procesar a frecuencias máximas de 800 KHz . Le sigue el i8080 de 1974 de 8 bits que llegaba a los 2 MHz. Para esa misma época Motorola lanzaba el 6800 y la empresa Zilog lanzaba el z80.



                                                                           Intel 8080


                                                                        Motorola 6800


                                                                          Zilog Z80    



Intel, Motorola y Zilog iniciaron una serie de computadoras personales que adoptaron sus microprocesadores. IBM eligió la linea Intel para sus computadoras personales (Personal Computer) hoy conocida como PC. Apple usó los microprocesadores de Motorola inicialmente para la línea Macintosh y el Z80 de Zilog se usó para las computadoras hogareñas como la Commodore 64 y la Sinclair.

Commodore 64 que utilizaba el procesador Zilog Z80

                                          
                                             Sinclair PC200 que también utilizaba el Zilog Z80


                                            IBM PC XT que utilizaba el procesador Intel 8080



Los primeros microprocesadores de 16 bit fueron el 8086 y 8088. Sobre esa base se inició lo que actualmente se conoce como arquitectura x86. Estos microprocesadores llegaban a operar a frecuencias de 4MHz. Motorola sacó para esa época el 68000.

A principios de la década del 80' se lanza al mercado el microprocesador 80286 que equipaba las primeras IBM AT, es un microprocesador de 16 bit que contaba con 134000 transistores y llegaba a velocidades de hasta 25MHz.

Uno de los primeros microprocesadores de arquitectura de 32 bit fue el 80386 que fue fabricado a fines de la decada del 80' y en sus diferentes versiones llegó a trabajar en el orden de los 40MHz. Este microprocesador permitió que Microsoft lanzara a principios de los 90' su primer Sistema Operativo con interfaz gráfica llamado Windows.

Los microprocesadores más modernos tienen una capacidad mucho mayor con alrededor de 700 millones de transistores con un bus de datos de 64 bit y una velocidad de procesamiento de 4GHz.



                                                                Intel Core i7 Ivy Bridge 2012




                                                                 AMD Bulldozer FX-8150 2012

El proceso de fabricación:

es muy complejo comienza con una buena cantidad de arena(compuesta principalmente por cilosios)que se funde a altas temperauras
(1300g centigrados con la que se fabrica un monocristal de modo cilindrica de aproximadamente 30cm de diametro y un metro y medio de largo. Este proceso es muy lento
con aproximadamente 10 a 40 milimetros por hora.


                                        


De este cristal de ciento de kilos de peso se cortan los extremos y se obtienen un cilindro perfecto. luego el cilindro se corta en rodajas llamadas obleas (wlafer que tiene 10 micrones de espesor) (10*10 -6 de metro )
para este trabajo se utiliza una sierra de diamantes.

                                          



De cada cilindro se obtiene miles de obleas y de cada oblea cientos de microprocesadores. Las obleas son luego  pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana y luego pasa por un proceso llamado Annealing que consiste en someterlas a un calentamiento extremo a fin de eliminar las tensiones internas debidas al proceso de fabricación. Y despues de la supervision mediante rayos lasers para detectar otras imperfecciones menores a una milesima de micron se recube con una capa aislante formada de oxido de silicio transferido mediante una desposicion de vapor. Terminado este proceso de preparacion se comienza a construir los transistores,diodos y resistores.mediante un proceso muy complejo que consiste basicamente en la impresion de susesivas mascaras sobre la oblea enduresidas mediante luz ultra violeta. Luego serán atacadas por acidos encargados de remover las zonas no cubiertas por la impresion. Este proceso se repite cientos de veces hasta llegar al chip que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador

Los transistores construidos de esta forma tienen aproximadamente un tamaño de 45 nanometros(45*10*-9 m) solo para comparar el tamaño de los transistores podemos decir que es equivalente al diametro de 200 electrones.
Las salas empleadas para la fabricacion de circuitos integrados se denominan salas limpias y poseen los llamados filtros absolutos que filtran en el aire e impide que pase particulas mayores a 0,1 micrones . Los trabajadores emplean trajes especiales e impiden que se liberen en el ambiente restos de piel,polvo y pelo.
Finalizado el proceso de fabricacion se verifica el correcto funcionamiento de cada microprocesador en forma automatica y se marcan aquellos con defectos. Luego los chips son cortados. Ahora cada microprocesador es una placa de de unos pocos unos pocos mm2 sin pines ni capsulas protectoras.



Cada una de estas plaquetas será dotada de una capsula protectora plastica ( en algunos casos ceramica ) y conectada a los pines metalicos que permitiran su coneccion al exterior. Estas conecciones se realizan utlizando delgadisimos alambres generalmente de oro. De ser necesario la capsula es provista de un disipador termico de metal que servira para mejorar la transferencia de calor desde el interior del chip hacia el disipador principal. El resultado es un microprocesador con el que se equiparan los mas variados dispositivos digitales. 
                                                 
                                                                       




                                                                      Sistemas operativos

Un sistema operativo es un programa que controla y administra el hardware de un dispositivo digital. Un sistema operativo permite interactuar con el hardware de dispositivos digitales como computadoras,telefonos celulares, tablets, etc, permitiendo ejecutar en ellos distintos programas.
El sistema operativo permite controlar las asignaciones de memoria, ordenar las solicitudes al sistema, controlar los dispositivos de entrada y salida, facilitar la conexion a redes y el manejo de archivos. En una computadora el sistema operativo comienza a funcionar cuando finaliza el trabajo del BIOS.
Los sistemas operativos mas conocidos son Windows,linux,Mac Os, Dos. Android, Simbian, Mego.
Los sistemas operativos tienen una interfaz (comunicacion con el operador) que puede ser de texto (linea de comandos) o grafica  (Guy Graphics User Interface).





Aqueyas aplicaciones que permiten ser ejecutadas en multiples sistemas operativos son llamadas multiplataforma .
Las mallorias de los sistemas operativos son multiusuarios aunque existen sistemas operativos monousuarios como pòr ejemplo el DOs2. Tambien pueden clasficarse en multitarea o monotarea. Cada tarea que se ejecuta en un sistema operativo ya sea una aplicacion o servicio es llamado procezo.
Los sistemas operativos pueden ser centralizados si permiten utilizar recursos de una sola computadora o distribuido si permite utilizar de mas de una computadora al mismo tiempo

Breve historia de los sistemas operativos 

las primeras computadoras no tenian sistemas operativos. A principios de los 60' las Pc utilizaban el procesamiento por lotes (Batch) para funcionar. Era un sistema de trabajo mono tarea que es muy ineficiente.
Durante la decada del 60' se prodijeron los primeros desarrolladores que condujeron a los primeros sistemas operativos. IBM creo el Os 360. para sus computadoras MaYnframes. Este sistema operativos se desarroyo para una linea completa de computadoras lo que aseguro su exito. El Os360 contenia varios avances como el concepto de tiempo compartido (Time sharinh) que permitia compartir el recurso de computadoras costosas entre multiples usuarios de computadoras interactuando en tiempo real donde cada usuario parecia tener acceso a una maquina exclusiva.
El sistema Multics fue el sistema de tiempo compartido mas famoso de todos los sistemas operativos desarrollados  y sirvio de inspiracion para el sistema Unix


EL sistema operativo unix fue desarrollado a fines de 1960 por KEN THOMSON y DENNIS RICHE, las implementaciones que tuvieron aceptacion comercial fueron las solaris De SUN Microsysistems,AIX de IBM, UX de HEWLEH 

A fines de 1991 un estudiante de ciencias de la computacion de la universidad el SINSQUI llamado linux  torudlds desarrollo un nucleo del sistema operativo (kernel) para pc con arquitectura X86 de INTEL que emulaba muchas de las funcionaludades de UNICS y lo lanzo en forma de codigo abierto bajo el nombre de Linux .
en 1992 el proyecto GNU comenzo a utilizar linux para sus programas. GNU es un acronimo que significa GNU no es unics. El proyecto GNU fue iniciado por Richards Stallman (http://es.wikipedia.org/wiki/Richard_Stallman).
para la decada del 80', IBM lanzo al mercado su primera pc que llenaba el sistema operativo dos (disc operative sistem) de microsoft. Este sistema operativo no novedoso porque fue lanzado al mercado sobre un soporte magnetico (DISKETE), mientras que hasta ese momento los sistemas operativos estaban enbebidos en una memoria ROM. Este sistema operativo fue desarrolado por microsoft. Esta misma empresa lanza al mercado en 1990 un sistema operativo con interface grafica que permitia ademas el uso del raton:WINDOW. En realidad este sistema operativo habia sido lanzado en 1985 con la version 1.0 pero no habia sido posible su uso comercial hasta que la disputa de los tribunales entre APPLE y MICROSOFT fue resielta, dado que APPLE habia patentado la interface grafica y hasta la papelera de reciclaje que usaba su sistema operativo MACOS.
El sistema MACOS fue creado  por APPLE para su linea de computadoras Macistosh en el año 1985, incluia una interfaz grafica compuesta por ventanas,iconos y menús contratados mediante un raton.



Breve historia de la evolucion del sistema operativo WINDOWS:

http://www.taringa.net/posts/imagenes/9242259/Evolucion-de-Windows-_1985-2009_.html