Sistemas digitales Trabajo de investigación
UNIVERSIDAD DE CIENCIAS Y HUMANIDADES
December 4, 2012 Autor:
Si hablamos de Intel y AMD, hablar de cuáles son los más nuevos, los últimos procesadores es prácticamente imposible. Los dos gigantes de la industria se esmeran día a día para sacar nuevos y mejores modelos y generaciones de procesadores . CPU, Microprocesador, Procesador son tres de las denominaciones más comunes para hacer referencia a un chip de alta tecnología que permite dar vida a los procesos informáticos . Hablemos un poco de los últimos modelos de ambas compañías y veremos que se traen por estos momentos.
El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU ) de un PC catalogado como microcomputador. Es el encargado de ejecutar los programas; desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria. Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU ) y una unidad de cálculo en coma flotante(conocida antiguamente como «co-procesador matemático»). El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el ventilador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor. Existen otros métodos más eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de células peltier para refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan casi exclusivamente para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas de overclocking.
El Microprocesador El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. Consiguientemente, la historia de la computadora digital nos ayudará a entender el microprocesador. El microprocesador hizo posible la manufactura de poderosas calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes: 1. El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en sí, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base. 2. La memoria cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que prediciblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM reduciendo el tiempo de espera. Por ejemplo: en una biblioteca, en lugar de estar buscando cierto libro a través de un banco de ficheros de papel se utiliza las computadora, y gracias a la memoria cache, obtiene de manera rápida la información. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada cache interna de primer nivel o L1; es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Pentium III Coppermine, Athlon Thunderbird, etc.) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande aunque algo menos rápida, la caché de segundo nivel o L2. 3. Coprocesador Matemático: o correctamente la FPU (Unidad de coma flotante). Que es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del micro en otro chip. Esta parte está considerada como una parte "lógica" junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos. 4. Los registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros está diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que CPU los utiliza en algunas operaciones en total son treinta y dos registros. 5. La memoria: es el lugar donde el procesador encuentra sus instrucciones de programa y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador los toma de ahí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de trabajo para el procesador. 6. Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es parecido a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un número de puerto que el procesador utiliza como un número de teléfono para llamar al circuito o a partes especiales.
Estructura de un microprocesador
Si bien la frecuencia nominal de trabajo (MHz) ha sido históricamente el parámetro para comparar procesadores en la actualidad no pasa de ser una propiedad más, que no incide de forma tan directa en los rendimientos. Hay nuevos factores que unidos operan como una nueva tecnología de procesamiento de datos y estos nada tienen que ver con la velocidad o frecuencia del procesador. En efecto, los ingenieros se dieron cuenta que para alcanzar grandes frecuencias necesitaban más energía, lo que genera altos consumos. Algunos Intel Pentium 4 promediaron los 150 Watts de potencia a unos 3 GHz. Otros modelos, mucho más. El hardware para plataforma de Servidor ya utilizaba desde hacía años más de un procesador físico, los cuales mediante el sistema operativo multiprocesador podían recibir distintas tareas, independientes unas de otras al ubicarse en núcleos diferentes. Esto llevó a que AMD e Intel se plantearan la posibilidad de incluir más de
un núcleo en una misma pastilla de silicio (chip) que forma el corazón del microprocesador. Allí nace la era MULTICORE. Siguiendo el concepto original que impulso esta tecnología, se incluyen en la actualidad más de un núcleo (microprocesador) en un mismo encapsulado y aparecen entonces dispositivos de 2, 3, 4 y 6 núcleos físicos. Lo cierto es que al aumentar la cantidad de núcleos físicos, fue posible disminuir la frecuencia de trabajo de los chips, disminuyendo también los consumos de energía y la temperatura generada por los mismos, puntos clave para la evolución. Estos núcleos comparten la interfaz de sistema y también la memoria del sistema.
El esquema tradicional de un PC permitía que un solo núcleo se comunicara internamente con memoria RAM incluida en el chip del procesador: la memoria caché. Ésta funcionaba para determinadas situaciones controlada por el sistema operativo, pero cuando hay que acceder a datos de origen, el sistema recurre a la memoria de sistema (también RAM) donde se puede leer y escribir. Allí se ejecuta el sistema operativo, los programas y se encuentran los archivos que el usuario estuviese usando en el momento. El procesador recibe las instrucciones de leer o escribir en dicha memoria según indique el sistema operativo, para lo cual deberá acceder físicamente a RAM de sistema y este esquema utilizaba una conexión paralela llamada FSB (Front Side Bus), que a partir del Pentium original pasó a ser de 64 bits, o sea 64 conductores del procesador conectados al chip de la motherboard convencionalmente denominado “NorthBridge”. Este chip tenía un dispositivo
llamado Controlador de memoria, quien es el encargado de sincronizar los accesos a la RAM de sistema para permitir la lecto-escritura. Cuanto más veloz (Mhz) fuese el FSB más rápido se puede acceder a RAM de sistema, lo que significa que más rápido será nuestro sistema. Pero el FSB siempre fue más lento que el reloj del procesador, ejemplo: un Pentium 4 de 3 GHz de reloj podía tener una FSB de 800 Mhz. Esto crea el efecto de “cuello de botella” y ocasiona que nuestro
sistema dependa su rendimiento de RAM de sistema, quien posee los datos, la información en definitiva. Uno de los avances que poseen los microprocesadores actuales es incorporar el controlador de memoria, por lo cual se conecta a los módulos de RAM de sistema directamente, a través de una conexión serial de alta velocidad, como Hyper Transport (AMD) o QuickPath (Intel). Esto garantiza la alta velocidad de acceso evitando el arbitraje del pasaje de datos a través del Northbridge, lo que significa que es posible utilizar eficientemente Memorias RAM DD3 con altísimas frecuencias de más de 1000 MHz.
EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES INTEL
Son los procesadores más utilizados en el sector de los ordenadores portátiles y han demostrado estar a la altura de todas las exigencias. Intel dota a sus procesadores informáticos de una estabilidad clave para aportar un rendimiento elevado y funcionalidades añadidas a todos los ordenadores portátiles que hacen uso de esta tecnología. En el caso del procesador Intel Core i7 Extreme Edition, la versión más potente de los procesadores de la compañía, ofrece un sistema inteligente capaz de llevar a cabo todos los procesos y tareas necesarias para aumentar la velocidad de los ordenadores hasta el máximo superior.
CARACTERISTICAS Con los procesadores de Intel se garantiza un alto rendimiento en la reproducción de contenidos que fuerzan el ordenador hasta sus límites, por ejemplo videojuegos. Para ello se apoya en el uso de tarjetas gráficas de primera calidad, como la Intel HD 3000, que está pensada con el objetivo de mover juegos de última generación. Por otro lado, estos procesadores ofrecen una velocidad de reloj de hasta 2.50GHz, un máximo de cuatro núcleos para aprovechar los recursos del ordenador de forma más completa, y caché de hasta 8.0 MB. Sus características se potencian con memoria de tipo DDR3, lo que aumenta y mejora todavía más la estabilidad y características del equipo. Algunos de los ordenadores portátiles más recomendables con procesadores Intel en su versión i7 son el HP Pavilion DV6-3181SS por 919 euros (al 30 de julio de 2011) en ElCorteIngles.es, o el Fujitsu LifeBook P771 por 1678 euros (al 30 de julio de 2011) en Audiotronics.es. En resumen, los procesadores Intel se caracterizan por ofrecer un alto rendimiento y estabilidad, además de elevada velocidad, haciendo uso de la tecnología Turbo Boost, y de la tarjeta gráfica HD 3000.
Microprocesador AMD. Primeramente es importante mencionar las características esenciales y propias de las dos principales marcas de procesadores en el mercado, estas son: AMD e Intel. Se conoce por AMD el HyperTransport (HT) por el bus de direcciones que permite la comunicación entre el chipset y el procesador. Cuando haya que elegir el procesador será necesario que el HT indicado en la ficha técnica del procesador coincida con el de la placa madre. El socketAMD cubre todas las gamas. Procesadores de 1, 2, 3 y 4 núcleos. Los procesadores de un solo núcleo ya están obsoletos. En doble núcleo, es una buena idea comenzar con un procesador 64x2 4200. EL 64x2 6400 puede ser ideal para un PC de gama media. En los de 3 núcleos, los de entrada de gama son excelentes para las aplicaciones de oficina y los de gama alta de Phenom x3 serán apropiados para los video juegos con un equipo de gama media. Un overclock y listo. En cuanto a los Phenom x4, estos son muy buenos sobre todo para los que utilizan aplicaciones avanzadas pero pueden ser adaptados para los video juegos, serán mucho más potentes después de un overclock. Es de lamentar sin embargo la diferencia en el rendimiento entre los doble núcleo de Intel y AMD.
Evolución de los microprocesadores AMD El microprocesador es producto de la evolución de distintas tecnologías predecesoras, surgido de la computación y la tecnología semiconductora; en los inicios no existían los procesadores tal como los conocemos hoy. El inicio de su desarrollo data de mitad de la década de 1950; estas tecnologías se fusionaron a principios de los años 70, produciendo el primer microprocesador. 1991:
El AMD AMx86 Procesadores fabricados por AMD 100% compatible con los
códigos de Intel de ese momento, llamados "clones" de Intel, llegaron incluso a superar la frecuencia de reloj de los procesadores de Intel y a precios significativamente menores. Aquí se incluyen las series Am286, Am386, Am486 y Am586. 1996 : El
AMD K5 Habiendo abandonado los clones, AMD fabricada con tecnologías
análogas a Intel. AMD sacó al mercado su primer procesador propio, el K5, rival del
Pentium. La arquitectura RISC86 del AMD K5 era más semejante a la arquitectura del Intel Pentium Pro que a la del Pentium. El K5 es internamente un procesador RISC con una Unidad x86- decodificadora, transforma todos los comandos x86 (de la aplicación en curso) en comandos RISC. Este principio se usa hasta hoy en todas las CPU x86. En la mayoría de los aspectos era superior el K5 al Pentium, incluso de inferior precio, sin embargo AMD tenía poca experiencia en el desarrollo de microprocesadores y los diferentes hitos de producción marcados se fueron superando con poco éxito, se retrasó 1 año de su salida al mercado, a razón de ello sus frecuencias de trabajo eran inferiores a las de la competencia, y por tanto, los fabricantes de PC dieron por sentado que era inferior. 1996: Los
AMD K6 y AMD K6-2 Con el K6, AMD no sólo consiguió hacerle seriamente
la competencia a los Pentium MMX de Intel, sino que además amargó lo que de otra forma hubiese sido un plácido dominio del mercado, ofreciendo un procesador casi a la altura del Pentium II pero por un precio muy inferior. En cálculos en coma flotante, el K6 también quedó por debajo del Pentium II, pero por encima del Pentium MMX y del Pro. El K6 contó con una gama que va desde los 166 hasta los más de 500 Mhz y con el juego de instrucciones MMX, que ya se han convertido en estándares. Más adelante se lanzó una mejora de los K6, los K6-2 de 250 nanómetros, para seguir compitiendo con los Pentium II, siendo éste último superior en tareas de coma flotante, pero inferior en tareas de uso general. Se introduce un juego de instrucciones SIMD denominado 3DNow! 1999:
El AMD Athlon K7 (Classic y Thunderbird) Procesador totalmente compatible
con la arquitectura x86. Internamente el Athlon es un rediseño de su antecesor, pero se le mejoró substancialmente el sistema de coma flotante (ahora con 3 unidades de coma flotante que pueden trabajar simultáneamente) y se le incrementó la memoria caché de primer nivel (L1) a 128 KiB (64 KiB para datos y 64 KiB para instrucciones). Además incluye 512 KiB de caché de segundo nivel (L2). El resultado fue el procesador x86 más potente del momento. El procesador Athlon con núcleo Thunderbird apareció como la evolución del Athlon Classic. Al igual que su predecesor, también se basa en la arquitectura x86 y usa el bus EV6. El proceso de fabricación usado para todos estos microprocesadores es de 180 nanómetros. El Athlon Thunderbird consolidó a AMD como la segunda mayor compañía de fabricación de microprocesadores, ya que gracias a su excelente rendimiento (superando siempre al Pentium III y a los primeros Pentium IV de Intel a la misma frecuencia de reloj) y bajo precio, la hicieron muy popular tanto entre los entendidos como en los iniciados en la informática. el Pentium 4 a 1,7 GHz en abril de 2001 se vio que el Athlon Thunderbird no estaba a su nivel. Además no era práctico para el overclocking, entonces para seguir estando a la cabeza en cuanto a rendimiento de los procesadores x86, AMD tuvo que diseñar un nuevo núcleo, y sacó el Athlon XP. Este compatibilizaba las instrucciones SSE y las 3DNow! Entre las mejoras respecto al Thunderbird se puede mencionar la pre recuperación de datos 2001:
El
AMD
Athlon
XP Cuando Intel sacó
por hardware, conocida en inglés como prefetch, y el aumento de las entradas TLB, de 24 a 32. 2004:
El [AMD] Athlon 64 El AMD Athlon 64 es un microprocesador x86 de octava
generación que implementa el conjunto de instrucciones AMD64, que fueron introducidas con el procesador Opteron. El Athlon 64 presenta un controlador de memoria en el propio circuito integrado del microprocesador y otras mejoras de arquitectura que le dan un mejor rendimiento que los anteriores Athlon y que el Athlon XP funcionando a la misma velocidad, incluso ejecutando código heredado de 32 bits. El Athlon 64 también presenta una tecnología de reducción de la velocidad del procesador llamada Cool'n'Quiet,: cuando el usuario está ejecutando aplicaciones que requieren poco uso del procesador, baja la velocidad del mismo y su tensión se reduce. 2007:
El AMD Phenom Phenom fue el nombre dado por Advanced Micro Devices
(AMD) a la primera generación de procesadores de tres y cuatro núcleos basados en la micro arquitectura K10. Como característica común todos los Phenom tienen tecnología de 65 nanómetros lograda a través de tecnología de fabricación Silicon on insulator (SOI). No obstante, Intel, ya se encontraba fabricando mediante la más avanzada tecnología de proceso de 45 nm en 2008. Los procesadores Phenom están diseñados para facilitar el uso inteligente de energía y recursos del sistema, listos para la virtualización, generando un óptimo rendimiento por vatio. Todas las CPU Phenom poseen características tales como controlador de memoria DDR2 integrado, tecnología HyperTransport y unidades de coma flotante de 128 bits, para incrementar la velocidad y el rendimiento de los cálculos de coma flotante. La arquitectura Direct Connect asegura que los cuatro núcleos tengan un óptimo acceso al controlador integrado de memoria, logrando un ancho de banda de 16 Gb/s para intercomunicación de los núcleos del microprocesador y la tecnología HyperTransport, de manera que las escalas de rendimiento mejoren con el número de núcleos. Tiene caché L3 compartida para un acceso más rápido a los datos (y así no depende tanto del tiempo de latencia de la RAM), además de compatibilidad de infraestructura de los zócalos AM2, AM2+ y AM3 para permitir un camino de actualización sin sobresaltos. A pesar de todo, no llegaron a igualar el rendimiento de la serie Core 2 Duo. 2008:
Los AMD Phenom II y Athlon II Phenom II es el nombre dado por AMD a una
familia de microprocesadores o CPUs multinúcleo (multicore) fabricados en 45 nm, la cual sucede al Phenom original y dieron soporte a DDR3. Una de las ventajas del paso de los 65 nm a los 45 nm, es que permitió aumentar la cantidad de cache L3. De hecho, ésta se incrementó de una manera generosa, pasando de los 2 MiB del Phenom original a 6 MiB. Entre ellos, el Amd Phenom II X2 BE 555 de doble núcleo surge como el procesador binúcleo del mercado. También se lanzan tres Athlon II con sólo Cache L2, pero con buena relación precio/rendimiento. El Amd Athlon II X4 630 corre a 2,8 GHz. El Amd Athlon II X4 635 continúa la misma línea.
AMD también lanza un triple núcleo, llamado Athlon II X3 440, así como un doble núcleo Athlon II X2 255. También sale el Phenom X4 995, de cuatro núcleos, que corre a más de 3,2GHz. También AMDlanza la familia Thurban con 6 núcleos físicos dentro del encapsulado 2011:
El AMD Fusion AMD Fusion es el nombre clave para un diseño futuro de
microprocesadores Turion, producto de la fusión entre AMD y ATI, combinando con la ejecución general del procesador, el proceso de la geometría 3D y otras funciones de GPUs actuales. La GPU (procesador gráfico) estará integrada en el propio microprocesador. Se espera la salida progresiva de esta tecnología a lo largo del 2011; estando disponibles los primeros modelos (Ontaro y Zacate) para ordenadores de bajo consumo entre últimos meses de 2010 y primeros de 2011, dejando el legado de las gamas medias y altas (Llano, Brazos y Bulldozer para mediados o finales del 2011)
Atmel es una compañía de semiconductores, fundada en 1984. Su línea de productos incluye microcontroladores (incluyendo derivados del8051, el AT91SAM basados en ARM, y sus arquitecturas propias AVR y AVR32), dispositivos de radiofrecuencia, memorias EEPROM y Flash,ASICs, WiMAX, y muchas otras. También tiene capacidad de ofrecer soluciones del tipo system on chip (SoC ). Atmel sirve a los mercados de la electrónica de consumo, comunicaciones, computadores, redes, electrónica industrial, equipos médicos, automotriz, aeroespacial y militar. Es una industria líder en sistemas seguros, especialmente en el mercado de las tarjetas seguras. El presidente y CEO de Atmel es George Perlegos, y su hermano Gust Perlegos es vicepresidente. El número de empleados es de aproximadamente 7,500, y sus oficinas centrales se ubican en San José, California. Atmel posee cinco fábricas de semiconductores: Fab5 en Colorado Springs, USA Fab7 en Rousset, Francia Fab9 en North Tyneside, Inglaterra Una fábrica en Heilbronn, Alemania Una fábrica en Grenoble, Francia Entre sus principales competidores se encuentra STMicroelectronics, Texas Instruments, Freescale, Analog Devices y Microchip Technology
Los AVR son una familia de microcontroladores RISC del fabricante estadounidense Atmel. La arquitectura de los AVR fue concebida por dos estudiantes en el Norwegian Institute of Technology, y posteriormente refinada y desarrollada en Atmel Norway, la empresa subsidiaria de Atmel, fundada por los dos arquitectos del chip. Cuenta con bastantes aficionados debido a su diseño simple y la facilidad de programación. Se pueden dividir en los siguientes grupos:
ATxmega: procesadores muy potentes con de 16 a 384 kB de memoria flash programable, encapsulados de 44, 64 y 100 pines (A4, A3, A1), capacidad de DMA, eventos, criptografía y amplio conjunto de periféricos con DACs. ATmega: microcontroladores AVR grandes con de 4 a 256 kB de memoria flash programable, encapsulados de 28 a 100 pines, conjunto de instrucciones extendido (multiplicación y direccionamiento de programas mayores) y amplio conjunto de periféricos. ATtiny: pequeños microcontroladores AVR con de 0,5 a 8 kB de memoria flash programable, encapsulados de 6 a 20 pines y un limitado set de periféricos. AT90USB: ATmega integrado con controlador USB AT90CAN: ATmega con controlador de bus CAN Tipos especiales: algunos modelos especiales, por ejemplo, para el control de los cargadores de baterías, pantallas LCD y los controles de los motores o la iluminación. AT90S: tipos obsoletos, los AVRs clásicos
Bajo el nombre AVR32, Atmel tiene una arquitectura RISC de 32 bits con soporte de DSP y SIMD. A pesar de la similitud de sus nombres y logotipos, las dos arquitecturas tienen poco en común.
http://es.wikipedia.org/wiki/Atmel http://www.manuales-gratis.com/index.php?buscar=microprocesadores-atmega http://www.slideshare.net/DavidPaLMundo/microprocesadores-intel-6734824 http://www.amd.com/la/Pages/AMDHomePage.aspx