Generaciones de procesadores

Generaciones
de procesadores
AARÓN OJEDA REYES
PERIFÉRICOS E INTERFACES
CURSO 2008/2009
ÍNDICE
Resumen............................................................................................................................3
Introducción......................................................................................................................3
Primera generación: P1 (086).........................................................................................3
Segunda generación: P2 (286).........................................................................................4
Tercera generación: P3 (386)..........................................................................................5
Cuarta generación: P4 (486)...........................................................................................7
Quinta generación: P5 (Pentium)...................................................................................9
Sexta generación de Intel: P6 (Pentium Pro, Pentium II, Pentium III)......................11
Sexta generación de otros fabricantes............................................................................14
Séptima generación: Intel Pentium 4.............................................................................16
Octava generación: procesadores de 64 bits..................................................................17
Procesadores de doble núcleo..........................................................................................19
Mejoras y actualizaciones................................................................................................21
Nombres código de los procesadores..............................................................................22
Conclusión….....................................................................................................................27
Preguntas tipo test………………………………………………………………………27
Bibliografía........................................................................................................................30
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RESUMEN
En este trabajo se hablará de la evolución de los procesadores a lo largo de la historia, desde el
Intel 8086 hasta los actuales procesadores de doble núcleo. Principalmente se hablará de Intel y
AMD, aunque también se mencionarán otros fabricantes que con mayor o menor suerte intentaron
entrar en un mercado dominado claramente por estas dos compañías.
Se hará especial hincapié en las diferencias entre una generación y otra, dejando un poco de lado
las características muy específicas de generaciones pasadas que no han perdurado hasta hoy en día.
INTRODUCCIÓN
Mucho ha llovido ya desde que Intel lanzara el primer microprocesador en un simple chip, el
Intel 4004. A partir de entonces se han ido sucediendo lanzamientos de nuevos y mejorados
procesadores. En este documento he hecho un recorrido desde la considerada primera generación de
procesadores hasta los procesadores de doble núcleo que copan hoy el mercado.
Comenzaré hablando de la primera generación, que tiene como estandarte al procesador Intel
8086. Posteriormente comentaré la segunda generación, representada por el 286. A continuación se
produce un salto importante, pues entramos en la era de los 32 bits, con el flamante Intel 80386. La
cuarta generación (486) supone básicamente un aumento del rendimiento del 386, y en la quinta
generación nos encontramos con los archiconocidos Pentium. La sexta generación versará sobre la
mejora de los citados Pentium, y se dividirá en dos partes: sexta generación de Intel y sexta
generación de otros fabricantes. La séptima generación tiene como representante más importante al
Pentium 4 y en el tema dedicado a la octava generación ya nos meteremos con los procesadores de
64 bits.
Una vez analizadas las ocho generaciones de procesadores, comentaré las características de los
procesadores de doble núcleo, y por último tenemos dos apartados dedicados a mejoras y
actualizaciones, y al curioso tema de los nombres código de los procesadores.
Es importante resaltar que el tema de los procesadores está dividido en tres trabajos: uno
correspondiente a los procesadores en sí como elemento del PC, otro dedicado a la fabricación e
instalación de dichos procesadores, y el que nos ocupa, dedicado a las generaciones de
procesadores. Como es lógico, aspectos relacionados con los otros trabajos basados en procesadores
aparecerán con frecuencia, pero sólo se mencionarán y como mucho se describirán someramente.
PRIMERA GENERACIÓN: P1 (086)
Procesador 8086
Fue uno de los primeros procesadores de 16 bits del mercado (introducido en junio de 1978),
tenía registros de 16 bits y podía procesar una nueva clase de software usando instrucciones de 16
bits.
El bus de direcciones era de 20 bits, permitiendo direccionar 1 Mb de memoria, lo cual suponía
un contraste con la mayoría de los chips de la época, que tenían registros de 8 bits y un bus de
direcciones de 16 bits, pudiendo direccionar como máximo 64 Kb de memoria RAM.
Por desgracia, la mayoría de equipos del momento usaban procesadores de 8 bits que trabajaban
con sistemas operativos y software de 8 bits. Por esto, las placas base y los diseños de circuitos
estaban también orientados a los 8 bits.
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Crear una placa base y un sistema de memoria de 16 bits era costoso, elevando demasiado el
precio del equipo en el que estuviera instalado el 8086. El coste era alto porque el 8086 necesitaba
un bus de datos de 16 bits en lugar de uno de 8 bits, que era más barato.
La mayoría de los sistemas disponibles por aquel entonces eran de 8 bits, y las bajas ventas del
8086 indicaban que la gente no estaba dispuesta a pagar el dinero necesario requerido para tener un
diseño adecuado a los 16 bits. Por todo esto, Intel decidió introducir una variación del 8086 a la que
llamó 8088.
Básicamente, el 8088 eliminaba 8 de los 16 bits del bus de datos, haciendo el 8088 un chip de 8
bits con la velocidad de entrada y salida correspondiente. Sin embargo, seguía manteniendo los
registros internos de 16 bits y los 20 bits del bus de direcciones, así que podía ejecutar software de
16 bits y era capaz de direccionar 1 Mb de memoria.
Debido a estas razones, IBM eligió el 8088 para el IBM PC original, decisión que años más tarde
fue criticada. Sin embargo, fue una sabia decisión. IMB decía que su nuevo PC tenía un
microprocesador de 16 bits, ya que el 8088 era capaz de ejecutar software de 16 bits tan potente
como el que podía ejecutar el 8086, sólo que un poco más lento. De hecho, los programadores
pensaban en el 8088 como un chip de 16 bits, ya que era prácticamente imposible que un
programador pudiera diferenciar un 8088 de un 8086. Todo esto permitió a IBM concebir un PC
capaz de ejecutar software de 16 bits de nueva generación, con un diseño de hardware de 8 bits
mucho más barato.
Aunque el 8088 fue introducido en junio de 1979, el primer PC de IBM que lo utilizó apareció en
agosto de 1981, dos años después. Hoy en día no pasa esto, pues casi al momento de salir un nuevo
procesador, ya puede incorporarse a un ordenador personal.
El 8088 en el PC de IBM funcionaba a 4.77 Mhz y las instrucciones tardaban un promedio de 12
ciclos en ejecutarse.
Procesadores 80186 y 80188
Básicamente son lo mismo que los anteriores, pero en el 80186 y el 80188 el chip tenía integrados
algunos de los soportes hardware necesarios, requiriendo menos componentes en el diseño del PC.
Coprocesador 8087
Fue un procesador orientado al cálculo matemático. Se le llamó “numeric data processor” (NDP),
coprocesador matemático, o simplemente chip matemático.
SEGUNDA GENERACIÓN: P2 (286)
Intel 80286
Este chip, introducido en 1982, es la CPU que encuentra detrás del de PC de IBM AT (Advance
Technology). Otros fabricantes intentaron copiarlo llamando a sus sistemas AT-compatibles u
ordenadores de clase AT.
Cuando IBM desarrolló el AT, seleccionó el 286 como la base del nuevo sistema debido a su
compatibilidad con el 8088. Por tanto, el software desarrollado para estos chips funcionaba en el
286. Los equipos con el 286 eran más rápidos que sus predecesores por varias razones. La principal
es que el 286 es mucho más eficiente a la hora de ejecutar instrucciones. En el 8088 y el 8086 una
instrucción tarda un promedio de 12 ciclos en ejecutarse; con el 286 esta cantidad se ve reducida a
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4,5 ciclos.
Por otra parte, el 286 tenía dos modos de operación: el modo real y el modo protegido. En el
modo real el 286 era básicamente lo mismo que un 8086.
Era en el modo protegido donde el 80286 realmente aportaba algo nuevo. En este modo, un
programa orientado a sacar partido de las capacidades del chip creía que tenía acceso a 1 Gb de
memoria (incluyendo memoria virtual, de ahí lo de “creía”). El chip 286, sin embargo, sólo podía
direccionar 16 Mb de memoria. Un defecto importante con respecto a esto de los modos de
operación, es que no se podía pasar del modo protegido al modo real sin resetear (del real al
protegido sí que se podía). Posteriormente el 386 permitiría este cambio de modo sin reiniciar el
sistema.
No hubo mucho software que aprovechara el 286 hasta que Windows 3.0 ofreció un modo
compatible con este chip, aunque por ese entonces el 386 ya dominaba el mercado. Cabe decir que
el 286 fue el primer intento de Intel de crear un chip CPU que soportara múltiples programas
ejecutándose al mismo tiempo.
Coprocesador 80287
Internamente es el mismo chip que el 8087, aunque los pins usados para acoplarlo a la placa base
son distintos. Se puede decir que el 80287 es al 80286 lo que el 8087 al 8086, es decir, un
coprocesador para mejorar el cálculo de operaciones matemáticas.
TERCERA GENERACIÓN: P3 (386)
La tercera generación representa quizás el cambio más significativo desde el primer PC. El gran
cambio consistió en pasar de procesadores que manejaban operaciones de 16 bits a verdaderos chips
de 32 bits.
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
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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
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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:
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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
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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:
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−
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.
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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
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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.
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
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tecnología MMX para mejorar las aplicaciones multimedia.
Procesadores Pentium-MMX
La tercera generación de procesadores Pentium (cuyo nombre en código era P55C) fue lanzada en
enero de 1997, e incorporaba lo que Intel llamó tecnología MMX. Como ya se mencionó, esta
tecnología está orientada a aplicaciones multimedia, incorporando 57 nuevas instrucciones creadas
específicamente para manejar vídeo, audio y gráficos.
Defectos del Pentium
Quizás el error más famoso en la historia de los procesadores es el fallo que se producía en la
FPU de los Pentium. Fue llamado FDIV bug porque afectaba principalmente a la instrucción FDIV
(floating-point divide), por lo que otras instrucciones que usaban la división también resultaron
afectadas.
Este bug causó una gran polémica cuando fue anunciado en Internet por el matemático Thomas R.
Nicely de la Universidad de Lynchburg (Virginia), en Octubre de 1994. La noticia se expandió
sorprendentemente, e incluso las personas que no tenían ordenadores habían oído hablar de ella. La
división en coma flotante daba errores con ciertas combinaciones de números.
Después de que el bug fuera descubierto e Intel admitiera que lo sabían, estalló la furia. Al
principio Intel sólo cambiaba los procesadores a aquellas personas que demostraran que habían sido
afectadas por el fallo, pero finalmente Intel decidió que lo mejor para su imagen de cara al público
era sustituir todos los procesadores afectados, lo cual supuso un coste inmenso.
AMD-K5
Es un procesador compatible con Pentium desarrollado por AMD y disponible en las versiones
PR75, PR90, PR100, PR120, PR133, PR166, PR200. Cualquier placa base que soportara el Intel
Pentium soportaría el AMD-K5, aunque se requería una actualización de la BIOS. Algunas
características principales del K5 son las siguientes:
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Cache de instrucciones de 16 KB, cache de datos de 8 KB.
Predicción de saltos, ejecución especulativa y ejecución dinámica.
FPU de alto rendimiento
Selección de pins para multiplicar la frecuencia de reloj: 1.5x, 1.75x y 2x.
Pipeline con seis unidades de ejecución.
El K5 se puede considerar un ordenador superior al Pentium, pero AMD lo introdujo tarde en el
mercado y la producción fue bastante lenta, por lo que la cosa no salió todo lo bien que les hubiera
gustado.
SEXTA GENERACIÓN DE INTEL: P6 (Pentium Pro, Pentium II, Pentium III)
La sexta generación comenzó en 1995 con la introducción del Pentium Pro; a partir de aquí Intel
sacó varios procesadores P6, todos con el mismo núcleo básico del Pentium Pro.
La principal nueva característica de esta generación es la arquitectura superescalar, en la cual dos
unidades de ejecución de instrucciones pueden trabajar en paralelo. Sin embargo esto ya fue
introducido por los últimos procesadores de quinta generación. Lo que realmente hace que estemos
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hablando de una nueva generación es la Ejecución Dinámica y el Bus Dual Independiente (DIB),
aparte de mejorar el diseñador superescalar.
Dynamic Execution
Permite al procesador ejecutar más instrucciones en paralelo, de forma que las tareas se
completan más rápido. Esta tecnología se basa en tres elementos:
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Predicción de saltos múltiple: predice el flujo de un programa con varios saltos.
Ejecución desordenada: permite a las instrucciones que están listas ejecutarse,
independientemente de su orden en el programa original.
Ejecución especulativa: ejecución provisional de código tras un salto que no se sabe si va a
ejecutarse.
Dual Independent Bus
Se refiere al hecho de que existen dos buses de datos: uno para el sistema (placa base) y otro para
la cache. Esto permite que la cache vaya más rápido.
Otras mejoras.
Muchas instrucciones CISC fueron cambiando por instrucciones RISC, para que paralelizar sea
más fácil. También hay que destacar que los P5 tenían dos unidades de instrucciones, mientras que
los P6 tienen como mínimo 6.
Todas estas características estaban optimizadas para trabajar con software de 32 bits; por tanto si
usábamos software de 16 bits (como Windows 95 ó 98), no notaremos demasiado la mejora con
respecto a un Pentium o un Pentium-MMX con la misma velocidad. Otros sistemas operativos de
32 bits aprovecharían mejor la Ejecución Dinámica (como Windows NT, 2000 ó XP). Esto es un
poco irónico ya que por este entonces, de los tres ejemplos mostrados de sistemas operativos de 32
bits, sólo estaba el Windows NT, orientado a estaciones de trabajo y servidores.
Procesadores Pentium Pro
El Pentium Pro, fabricado en el 95 y disponible en el 96, fue el sucesor del Pentium. Usaba un
socket 8 de manera que era incompatible con los anteriores. El procesador tenía 5.5 millones
transistores y una cache L2 de 512 Kb contenía 31 millones de transistores, así que un Pentium Pro
con 1 Mb de cache L2 tenía cerca de 68 millones de transistores.
Siguiendo con la cache, tenía una L1 de 16 Kb, 8 de datos y 8 de instrucciones. Una característica
importante del Pentium Pro es que tenía una cache de nivel 2 integrada, lo cual abarataba el coste de
las placas base. Esta característica fue realmente importante y ha perseverado en los siguientes
procesadores de Intel y AMD, con la excepción del Celeron original.
Por último decir que este procesador no tuvo demasiado éxito como ordenador de escritorio, pero
encontró su lugar en el mundo de los servidores, y que se sacó también un procesador de
actualización OverDrive.
Procesadores Pentium II
Fue introducido en el mercado en mayo de 1997. En líneas generales se puede ver como un
Pentium Pro con tecnología MMX y un diseño de cache modificado. La cache L2, en lugar de estar
12
en el núcleo, estaba junto al núcleo del microprocesadoren una tarjeta impresa. La L1 aumentó a 32
Kb (16 para instrucciones y 16 para datos), y la L2 trabajaba a la mitad de frecuencia que el
procesador, al contrario que en el Pentium Pro, en el que lo hacía a la misma; para subsanar este
problema Intel dobló la capacidad de las cache de nivel 2 estándar de 256 Kb a 512 Kb. Sobra decir
que todas las características propias de la P6 del Pentium Pro se conservan en el Pentium II.
Con respecto a características más “físicas”, por decirlo de algún modo, cabe destacar los 7.5
millones de transistores, el cambio del Socket 8 por un mucho más pequeño slot 1, la tecnología de
0,25 micras usada en las versiones de más de 333 Mhz (lo cual permitía que una versión de 450
Mhz consumiera menos que una de 233 Mhz con tecnología de 0,35 micras), y el hecho de que
generaba gran cantidad de calor que tenía que ser disipada. Esto último obligaba a usar un
disipador, muchos de los cuales ya tenían un ventilador incorporado.
Celeron
No es que el Celeron sea en sí un procesador de sexta generación, pero sí fue en esta generación
cuando apareció el primero. Se le llama Celeron a la línea de procesadores de bajo coste de Intel.
Los primeros Celeron estaban basado en el modelo P6 (Pentium II y III), y luego han llegado los
basados en Pentium 4 y en Intel Core 2 Duo.
Muchas de las características son las mismas de los procesadores en los que están basados, ya que
el núcleo del procesador es el mismo. Las principales diferencias residen en el embalaje, el tamaño
de la cache de nivel 2 y la velocidad del bus de la CPU.
En conclusión, los Celeron son una versión de rendimiento reducido del procesador de Intel
predominante en ese momento, pensada para el mercado de bajo coste.
Pentium III
El procesador Pentium III, introducido en febrero de 1999, es un procesador bastante similar al
Pentium II (de ahí que no hablemos de una nueva generación de procesadores), y la novedad más
significativa es la inclusión de instrucciones SSE (Streaming SIMD extensions), que servían para
mejorar las posibilidades de tratamiento de imágenes avanzado, 3D, audio streaming (distribución a
través de Internet), vídeo y reconocimiento de voz.
En principio el Pentium III se basó en tecnología de 0,25 micras, con lo cual el núcleo contenía
más de 9.5 millones de transistores. Más adelante construyeron uno con tecnología de 0,18 micras y
L2 integrada de 256 Kb (con nombre en código Coppermine), lo cual incrementó la cuenta de
transistores a 28.1 millones. La última versión del Pentium III (con nombre en código Tualatin),
usaba tecnología de 0,13 micras y tenía 44 millones de transistores, siendo incompatible con las
placas bases anteriores.
La frecuencia de reloj de los Pentium III iba desde los 450 Mhz hasta 1.4 Ghz (la última versión,
el Xeon). Todos los procesadores Pentium III tenían cache de nivel 2 de 256 Kb o 512 Kb, que
podían trabajar a la misma frecuencia que el procesador o a la mitad; el Pentium III Xeon (una
versión más cara del Pentium III orientado a servidores y estaciones de trabajo) podía tener hasta 2
Mb de cache L2 trabajando a la misma frecuencia que el procesador.
Pentium II/III Xeon
Son versiones de alto rendimiento, y difieren de las versiones en las que están basadas (Pentium II
ó III) en tres campos: embalaje, tamaño de la cache y velocidad de la cache.
Más importante que el hecho de tener una cache de nivel 2 de 2 Mb es el hecho de que pueda
trabajar a la misma velocidad que el procesador. El número de transistores en los Pentium III Xeon
con cache L2 de 2 Mb fue un record en la época, alcanzando los 84 millones.
13
SEXTA GENERACIÓN DE OTROS FABRICANTES
Aparte de Intel, otros fabricantes construyeron procesadores tipo P6, pero con una diferencia, La
mayoría de ellos estaban construidos para poder funcionar en placas bases del tipo P5, para llegar al
mercado de bajo coste. Más adelante AMD introdujo el Athlon y el Duron, que ya eran
procesadores de sexta generación en toda regla. A continuación comentaremos algunos de estos
procesadores de sexta generación, tanto del primer tipo comentado como del segundo.
NexGen Nx586
NexGen fue fundada por Thampty Thomas, que contrató a varias personas involucradas en los
procesadores 486 y Pentium. Desarrollaron el Nx586, un procesador similar al Pentium pero
incompatible con éste. AMD se fusionó con esta compañía y el resultado fue su procesador K6.
AMD-K6 Series
Es un procesador de alto rendimiento de sexta generación físicamente instalable en una placa base
P5 (Pentium). Fue diseñado por AMD junto a NexGen y en principio se le conoció como el Nx686
(por ser el sucesor del Nx586 de NexGen), aunque la versión de NexGen nunca apareció porque fue
adquirida por AMD antes de que el chip se lanzara al mercado.
El K6 incluye un set de nuevas instrucciones multimedia, que el K6-2 incrementó posteriormente
con lo que AMD llamó 3D Now!.
Algunas características del K6 son las siguientes:
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Diseño interno de sexta generación con interfaz externa de quinta generación.
Núcleo interno RISC.
Unidades de ejecución paralela superescalar (7 unidades).
Ejecución dinámica.
Predicción de saltos.
Ejecución especulativa.
Cache de nivel 1 de 64 Kb (32 de datos y 32 de instrucciones).
FPU integrada.
Soporte para instrucciones MMX.
El K6-2 incluyó además mayor frecuencia de reloj y de bus, y el comentado 3D Now!, consistente
en 21 nuevas instrucciones de sonido y gráficos.
Por último el K6-3 incluyó cache L2 integrada que trabajaba a la frecuencia del procesador, lo
que, unido a un precio asequible, permitió a la serie K6 entrar en competencia directa con los Intel
Pentium II y los Intel Celeron.
Los procesadores AMD tienen requerimientos de voltaje específicos y puede trabajar a bastante
temperatura, así que es importante tener una placa base con regulador de voltaje y un buen
disipador. No obstante AMD tiene una lista en su Web con las placas base en las que funciona el
K6.
AMD Athlon, Duron y Athlon XP
Los Athlon son los sucesores del K6, de AMD; usan una nueva interfaz externa por lo que no son
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compatibles con los anteriores. En los primeros diseños la cache L2 era externa (512 Kb) y
trabajaba a 1/2, 2/5 o 1/3 de la velocidad del procesador. En revisiones posteriores la L2 ya estaba
directamente en la die del procesador y trabajaba a la misma frecuencia que éste (en estos casos la
cache L2 era de 256 Kb). Esta nueva versión del Athlon con la cache L2 integrada tuvo el nombre
en código Thunderbird. La versión más reciente del Athlon, llamada Athlon XP, incluye tecnología
3D Now!, instrucciones SSE, y los últimos modelos ya tenían cache L2 integrada de 512 Kb.
Aunque la conexión era parecida, los chips AMD no funcionaban en las mismas placas base que
los chips de Intel, ya que AMD quería mejorar su arquitectura y alejarse de Intel.
El Athon se fabricó en versiones desde 500 Mhz hasta 1.4 Ghz. Una mejora importante fue la
inclusión de un front-side bus de 200 ó 266 Mhz llamado EV6, que transfería dos datos por ciclo a
una frecuencia de 100 o 133 Mhz. El uso de este bus es una de las razones primordiales por las
cuales el Athlon y el Duron evolucionaron tan bien.
Los primeros Athlon usaban tecnología de 0,25 micras, y las versiones más rápidas de 0,18 y 0,13
micras.
En la mayoría de los benchmarks, el Athlon igualaba o superaba al Pentium III. Además AMD le
ganó a Intel en la carrera por llegar a 1 Ghz, lanzando el Athlon a dicha velocidad dos días antes de
que Intel sacara el Pentium III a 1 Ghz.
AMD Duron
El Duron, introducido en Junio del 2000, es al Athlon lo que el Celeron es a los Pentium II y III.
Básicamente, es un Athlon con menos cache de nivel 2, diseñado para ser una versión de bajo coste
y competir en este mercado con los citados Celeron.
AMD Athlon XP
Como se mencionó antes, es la versión más reciente de los Athlon, con mejoras tales como la
capacidad de ejecutar las instrucciones Intel SSE o la inclusión de una cache L2 on-die de 512 Kb y
un nuevo plan de comercialización que compite directamente con el Pentium 4.
AMD usó el término “QuantiSpeed” (como término de marketing, no técnico) para referirse a la
arquitectura del Athlon XP, diciendo que incluía elementos como 9 unidades para ejecución
superescalar, una FPU con operaciones más rápidas (que subsanaban el atraso que AMD siempre
había tenido con respecto a Intel en este campo), etc.
Athlon MP
Fue el primer procesador de Athlon diseñado para soporte multiprocesador. Por tanto podía usarse
en servidores y estaciones de trabajo que demandaran esto.
Sempron (Socket A)
AMD introdujo esta línea de procesadores en 2004 como procesadores económicos para competir
con el Celeron D. Al igual que el Celeron, el Sempron es un “camaleón” ya que es usado por
procesadores basados en Socket A (serie Athlon XP) y Socket 754 (basados en el Athlon 64).
La versión Socket A del Sempron es el modelo económico del Athlon XP, y sus características son
similares.
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Cyrix/IBM 6x86(M1) y 6x86(M2)
Esta familia de procesadores se parece al K5 y el K6 de AMD en el sentido de que ofrecen
diseños internos de sexta generación que son compatibles con los de quinta generación (Socket 7).
Tiene las características típicas de sexta generación tales como ejecución dinámica, predicción de
salto, ejecución especulativa, compatibilidad con tecnología MMX, ejecución desordenada, etc.
Es compatible con los sistemas operativos y software basado en arquitectura x86.
Este procesador no tuvo continuidad ya que Cyrix fue tragada por VIA.
VIA C3
Originalmente se conoció como VIA Cyrix III. Las primeras versiones del C3 tenían 128 Kb de
cache L1 pero no tenían cache L2.
Es totalmente compatible a nivel de software con otros procesadores x86, incluyendo el Pentium
III y el Celeron, y debido a sus características tales como bajo consumo de energía, y un
rendimiento no demasiado alto en comparación con el Celeron, fue utilizado en mercados
específicos como el portátil.
SÉPTIMA GENERACIÓN: INTEL PENTIUM 4
El Pentium 4 se introdujo en noviembre del 2000 y, si hubiera tenido un nombre compuesto por
números, hubiera sido el 786, ya que representa una nueva generación de procesadores. Hay tres
variaciones principales, llamadas Willamette, Northwood y Prescott.
Algunas de sus especificaciones técnicas son:
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Velocidades de 1.3 Ghz a 3.8 Ghz.
Willamette: 48 millones de transistores, tecnología 0,18 micras.
Northwood: 55 millones de transistores, tecnología 0,13 micras.
Prescott: 125 millones de transistores, tecnología 0,09 micras.
Compatible a nivel de software con los procesadores de Intel de 32 bits previos.
FSB a velocidades entre 400 Mhz y 1066 Mhz.
Hyper-threading en todos los procesadores de 2,4 Ghz o más con FSB de 800 Mhz y en los
procesadores de 3,06 Ghz o más con FSB de 533 Mhz.
Predicción de saltos.
Execution trace cache: una cache L1 avanzada que guarda micro-operaciones decodificadas,
ahorrando el tiempo de decodificado de las instrucciones.
Cache L1 de 8 ó 16 Kb.
Cache L2 on-die, a la velocidad del núcleo, con capacidad entre 256 Kb y 1 Mb.
FPU mejorada.
Varios estados de bajo consumo de energía.
Nuevas instrucciones SSE.
Como se puede ver, Intel abandonó la numeración romana para pasarse a la arábiga.
La gran velocidad permitida por la tecnología hyper-pipelined permitía a las dos ALUs ir al doble
de la velocidad del procesador, lo que significa que las operaciones se pueden ejecutar en medio
ciclo.
Las velocidades de bus de sistema de 400/533/800/1066 Mhz realmente significan que el bus
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trabaja a una velocidad de 100/133/200/266 Mhz y transfiere datos cuatro veces por ciclo.
El Pentium 4 funciona bien con RDRAM y DDR SDRAM, si le pones una memoria inferior no se
aprovecha el procesador y si se pone una superior el procesador no la aprovechará.
La arquitectura hyper-pipelined, con un pipeline mucho más largo, dividía las instrucciones
individuales en más subetapas que los procesadores previos; desafortunadamente, esto podía
aumentar el número de ciclos tomados para ejecutar instrucciones si no están optimizadas para el
procesador. Debido a esto, los primeros benchmarks daban igual o mejor resultado con un Athlon o
un Pentium III que con un Pentium 4; sin embargo, esto a cambiado ahora que las aplicaciones han
sido optimizadas para funcionar con el Pentium 4.
Otra ventaja importante es el hyper-threading, que permitía a un único procesador ejecutar
simultáneamente dos hilos actuando como si hubiera dos procesadores en lugar de uno.
Pentium 4 Extreme Edition
En noviembre de 2003, Intel introdujo esta edición (abreviada Pentium 4 EE), el primer PC de
escritorio en incorporar cache L3. Básicamente es una versión renovada del núcleo Prestonia del
Xeon orientado a servidores, que ya usaba cache L3 desde noviembre del 2002. El Pentium 4 EE
tenía 512 Kb de cache L2 y 2 Mb de cache L3, lo que incrementó la cuenta de transistores a 178
millones y aumentó bastante el tamaño de la die, así como el coste de producción y evidentemente
de venta. Esta Extreme Edition estaba orientada al mercado gaming, es decir, a los jugadores
habituales de videojuegos, que estaban dispuestos a pagar dinero extra para rendimiento adicional.
De hecho, la cache adicional no ayudaba tanto en aplicaciones de negocio como en aplicaciones 3D
para juegos potentes.
Más adelante se introdujeron varias revisiones mejoradas que introducían más cache L2 (2 Mb) y
quitaban la L3.
Como el Pentium 4 se fabricó en tres tipos de sockets distintos, es esencial elegir un disipador
hecho específicamente para el tipo de procesador que tengamos.
Procesadores Xeon
Están basados en el Pentium 4 y diseñados para el Socket 603 y el 604. Los Xeon DP (muchas
veces llamados simplemente Xeon) fueron diseñados para estaciones de trabajo, y los Xeon MP (en
versiones desde 1,4 Ghz a 3 Ghz, con bus de 400 Mhz) para servidores.
OCTAVA GENERACIÓN: PROCESADORES DE 64-BITS
En el 2001 ya habían pasado cerca de 15 años desde que llegaron los primeros procesadores de
32-bits (todos los procesadores desde el 386 hasta el Pentium 4 y el Athlon XP). Sin embargo, en
2001 Intel introduce el primer procesador de 64-bits para servidores, el Itanium, seguido en el 2002
por el mejorado Itanium 2. En 2003, AMD introdujo el primer procesador de 64-bits para escritorio
compatible con la arquitectura x86, el Athlon 64, seguido de su primer procesador de 64-bits para
servidores, el Opteron. En 2004, Intel introdujo una serie de versiones del procesador Pentium 4
que permitían 64-bits. En 2005 introdujo versiones de 64 bits de su procesador Xeon para
estaciones de trabajo y servidores, y nuevos procesadores de 64 bits para PCs de escritorio, el
Pentium Extreme Edition y el Dual-Core Pentium D. A continuación se describen algunas
características de estos procesadores de Intel y AMD, los principales fabricadores de
microprocesadores del mercado.
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Intel Itanium e Itanium 2
Lanzado en mayo del 2001, el Itanium fue el primer procesador de la familia de 64 bits de Intel, y
junto a su hermano el Itanium 2, son la gama alta de procesadores de Intel dedicada al mercado de
servidores. Si se hubiera seguido usando designación numérica estos procesadores serían los 886
por representar una nueva generación; no obstante, nunca fueron diseñados para reemplazar al
Pentium 4: eran inicialmente muy caros y se encontraban sólo en servidores y estaciones de trabajo
avanzadas.
Fueron los primeros procesadores en incluir 3 niveles de cache integrada (el Pentium 4 EE salió
posteriormente); aunque en varios diseños anteriores se contaba con L3, estaba en la placa base y
era mucho más lenta.
El primer Itanium 2 fue introducido en junio del 2002. La versión actual usa tecnología de 0.3
micras, y tiene más de 592 millones de transistores en la versión con 9 Mb de cache L3 on-die.
Debido a que el Itanium 2 tiene bastante más ancho de banda del bus de CPU, mayor velocidad de
reloj, y un FSB como mínimo dos veces más rápido que el del Itanium (de 64 bits a 128 bits), es
más rápido que el Itanium en todos los procesos. El Itanium y el Itanium 2 no se pueden
intercambiar por estar soportados por distintos sockets y chipsets.
AMD Athlon 64 y 64 FX
Fueron lanzados en septiembre del 2003, y son los primeros procesadores de 64-bits para uso
doméstico (en lugar de para servidores). La familia de 64-bits de AMD incluye también el
procesador para servidores Opteron; de hecho el Athlon 64 y el 64 FX son básicamente chips
Opteron diseñados para PCs de escritorio, y en algunos casos se disminuye la memoria cache o el
ancho de la memoria.
Al margen de el hecho de soportar instrucciones de 64-bits, la principal diferencia entre los
Athlon 64 y 64 FX y otros procesadores es que tienen el controlador de memoria integrado, el cual
solía estar en el chip North Bridge de la placa. En un diseño de arquitectura de bus de CPU típico,
el procesador se comunica con el chipset North Bridge, que se comunica con la memoria y los
demás componentes del sistema. En el Athlon 64 y el 64 FX, el procesador se comunica
directamente con la memoria, agilizando las transferencias de memoria y las transferencias del bus
CPU. La principal diferencia entre el Athlon 64 y el 64 FX es que tienen distintos tamaños de
memoria cache y distinto ancho del bus.
Las principales características del Athlon 64 incluyen:
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Velocidades que varían entre 1,8 Ghz y 2,4 Ghz.
68,5 millones de transistores (versiones con 512 Kb de cache L2 ) o 114 millones de transistores
(versiones con 1 Mb de cache).
Pipeline de 12 etapas.
Controlador de memoria DDR integrado en el procesador.
128 Kb de cache L1 estándar (algunos Athlon 64s tenían más de 1 Mb).
Cache L2 integrada de 512 Kb o 1 Mb.
SSE2 (SSE más 144 nuevas instrucciones para procesamiento de gráficos y sonido).
Varios estados de bajo consumo de energía.
El Athlon 64 FX incluía algunas características como aumento de la cache L2 o de la frecuencia
de reloj.
El Athlon 64 también tuvo su “versión de bajo coste” correspondiente, el Sempron (Socket 754).
18
AMD Opteron
Es la versión del Athlon 64 para estaciones de trabajo y servidores, y soporta la misma
arquitectura AMD64. Fue lanzado en la primavera del 2003.
EL Opteron está disponible tanto en versiones de un núcleo como de doble núcleo.
Al contrario que los Itanium, que soportaban básicamente chipsets Intel, los Opteron soportan una
amplia gama de chipsets de terceras compañías como VIA, SiS, NVIDIA o ATI (tal y como hacía el
AMD 64).
PROCESADORES DE DOBLE NÚCLEO
No importa cuán rápido pueda ser un procesador de un núcleo o cuanta RAM tenga instalada; el
procesador debe asegurarse de que cada programa que se ejecuta es atendido correctamente. Por
tanto, mientras más programas se vayan ejecutando, la cantidad de tiempo que el procesador puede
dedicar a cada uno va disminuyendo, y como resultado el rendimiento del sistema se ve reducido.
Los servidores y las estaciones de trabajo llevan desde hace mucho tiempo beneficiándose de los
beneficios de tener múltiples procesadores, pero el alto coste que esto supone impide hacerlo llegar
a los ordenadores de uso doméstico.
Los procesadores de doble núcleo incluyen, como su nombre indica, dos núcleos de procesador en
un mismo paquete físico, proporcionando todas las ventajas de tener un ordenador con varios
procesadores, a un coste reducido.
Intel introdujo los primeros procesadores de doble núcleo (el Pentium D y el Pentium Extreme
Edition) a principios del 2005, y AMD lanzó el primer Opteron de doble núcleo y el Athlon 64 X2
poco después.
¿Quién necesita un procesador de doble núcleo?
Un procesador de doble núcleo está diseñado para usuarios que ejecutan múltiples programas al
mismo tiempo o usan aplicaciones multitarea.
Es importante resaltar que los procesadores de doble núcleo no mejoran el rendimiento de tareas
no multiprogramadas. Por ejemplo, si estás jugando a un juego 3D en el PC, es bueno tener uno de
estos procesadores si estás haciendo muchas cosas a la vez, pero no se están aprovechando las
características del procesador para aplicaciones multitarea. Hasta que los juegos sean diseñados
para ser ejecutados por varios hilos simultáneamente, los gamers podrían preferir un ordenador con
un procesador de alto rendimiento con un único núcleo en lugar de un procesador de doble núcleo.
Sin embargo, si mientras juegas vas a estar usando otras aplicaciones tales como codificación de
vídeo o audio, un procesador de doble núcleo es mejor opción. Los benchmark indican que algunos
procesadores de doble núcleo sólo sufren una pequeña ralentización cuando se está jugando a un
juego 3D como por ejemplo el Doom 3 mientras se desempeñan otras tareas orientadas al ocio. En
conclusión, ya sea para trabajar o para jugar, si vas a usar al mismo tiempo varias aplicaciones, un
doble núcleo te proporcionará mayor rendimiento que un simple núcleo.
Intel Pentium D y Pentium Extreme Edition
Como se dijo antes, fueron introducidos en la primavera del 2005. Básicamente, lo que Intel hizo
para construir sus procesadores de doble núcleo lo más rápido posible fue usar dos núcleos del
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Pentium 4 (concretamente del modelo Prescott).
Debido a que el núcleo del Prescott es el que más se calienta de los que Intel había fabricado para
ordenadores de escritorio, Intel limitó la velocidad de los doble núcleo a 3,2 Ghz en lugar de los 3,8
Ghz que tenía como máximo el Pentium 4. Cada núcleo tenía 1 Mb de cache L2, lo que hacía un
total de 2 Mb.
El Pentium Extreme Edition es similar al Pentium D pero incluye, por ejemplo, multiplicadores
de reloj que hacen que sea fácilmente “overclokeable”.
AMD Athlon 64 X2 y procesadores de doble núcleo Opteron
Una de las ironías en la industria de los procesadores es que AMD, cuyos procesadores Athlon 64
y Opteron fueron diseñados teniendo en mente actualizarlos poniéndoles doble núcleo, son
actualmente el segundo vendedor de chips con arquitectura x86 en introducir los chips de doble
núcleo. Los primeros Opteron de doble núcleo fueron lanzados justo después del Pentium Extreme
Edition y el Pentium D en abril del 2005, y el procesador para ordenadores de uso doméstico Athlon
64 X2 se introdujo en mayo de ese mismo año. Éste último se vendió en dos diseños, uno con 1 Mb
de cache L2 (512 Kb por núcleo), que usaba el núcleo Manchester, y otro con 2 Mb de cache L2 (1
Mb por núcleo), que usaba el núcleo Toledo. Las frecuencias de reloj están entre 2.2 Ghz y 2.4 Ghz,
mientras que las de los Opteron están entre 1.8 Ghz y 2.4 Ghz.
Aunque AMD no fue la primera en introducir procesadores de doble núcleo, si que es cierto que
sus chips tienen varias ventajas. Una de ellas es la de tener el controlador de memoria integrado en
el procesador, ya comentado anteriormente; otra es el hecho de que, al haberse hecho el Athlon 64
pensando en el doble núcleo, el impacto en relación al calentamiento del segundo núcleo es
mínimo.
Aunque las velocidades de reloj del Athlon 64 y del Opteron son menores que las del Pentium D o
las del Pentium Extreme Edition, la eficiencia incrementada por los diseños de AMD hace que el
rendimiento de sus procesadores sea igual o mayor que el de los de Intel, dependiendo del
benchmark. Para pasarse de un Athlon 64 a un X2 o de un Opteron a un Opteron de doble núcleo no
es necesario un gran esfuerzo económico, ya que no es necesario un cambio de placa base.
Por último, es importante avisar a los gamers de que sacaran más provecho de un procesador de
un sólo núcleo más rápido, que en el caso de AMD sería el Athlon 64 FX más rápido disponible.
Intel Core Duo y Core 2 Duo
El Intel Core Duo original fue lanzado en 2006, y en líneas generales es un modelo de 32 bits
basado en arquitectura x86, con doble núcleo. Incorpora 2 Mb de cache L2 compartida por los dos
núcleos, un FSB de 533 ó 667 Mhz, un nuevo juego de instrucciones multimedia, y un pipeline de
12 etapas. Como curiosidad, cabe decir que fue el primer procesador de Intel usado en los
ordenadores Apple Macintosh.
El Core 2 Duo fue lanzado medio año más tarde que el Core Duo original, y la diferencia
principal es que son de 64 bits, aparte de incluir más ALUs, FPUs, aumentar las etapas del pipeline
a 14, etc. En comparación con el Pentium 4 o el Pentium D, el Core 2 Duo tiene frecuencias de reloj
más bajas, preocupándose más por los ciclos que tarda una instrucción en ejecutarse o por el
apartado de consumo de energía. La salida al mercado de estos prcesadores a desplazado al Pentium
al mercado de gama baja.
Se lanzó también una versión de un sólo núcleo (Solo), de cuatro núcleos (quad), y una gama alta
de dos o cuatro núcleos (Extreme).
20
MEJORAS Y ACTUALIZACIONES
Actualización del procesador
A partir del 486, actualizar el procesador ha sido relativamente fácil. Con el 486 y procesadores
posteriores, Intel incorporó la capacidad de actualizar el procesador diseñando sockets estándar que
podían soportar cierta variedad de procesadores. Así, si tienes una placa base con un Socket 3,
podrás poner en ella cualquier procesador 486, y si tienes una con un Socket 7, deberías poder
poner cualquier procesador de la primera gama de Pentium (o cualquier procesador de terceras
compañías basado en el Socket 7). Esta tendencia ha llegado hasta el presente, donde la mayoría de
las placas base están diseñadas para soportar un rango de procesadores de la misma familia
(Pentium III/Celeron III, Athon/Duron/Athlon XP, Pentium 4/Celeron 4, etc).
Para maximizar tu placa base, tendrías que meterle el procesador más rápido que soporte; no sólo
basta con esto: debido a que características como voltajes, velocidades, u otros factores, pueden
generar incompatibilidades, deberás consultar el fabricante de tu placa base para saber cual es el
procesador más rápido que puede funcionar en ella. Normalmente esto esta determinado por el
socket o el slot donde va el procesador, pero otros elementos como el regulador de voltaje o la
BIOS también pueden determinarlo.
Actualizar el procesador puede llegar a doblar en algunos casos el rendimiento del equipo. Sin
embargo, si ya llegas a tener el procesador más rápido que tu placa soporta, tendrás que pasar a
mirar otras alternativas, posiblemente el cambio de placa base.
Procesadores OverDrive
Como se ha comentado, Intel ofreció hace tiempo unos procesadores especiales OverDrive para
actualizar los equipos, que normalmente ya incluían reguladores de voltaje y ventiladores.
Desafortunadamente, eran muy caros, incluso comparándolo con una renovación de placa base y
procesador. Fueron todos retirados del mercado, e Intel no ha anunciado nuevas versiones.
Los OverDrive no son muy recomendables a menos que, por alguna razón, sea necesario
conservar un sistema operativo muy viejo que no funcione en los procesadores actuales.
Benchmarks
A las personas nos encanta saber cuán rápido es nuestro ordenador; siempre estamos interesados
en la velocidad, y para ayudarnos a saberlo podemos usar programas de testeo que midan diferentes
aspectos del rendimiento del procesador y del sistema. .
Sin embargo, la verdadera forma de medir el rendimiento de un ordenador es ejecutando las
aplicaciones software que se van a usar en él. Aunque se pueda testear un componente concreto del
sistema, el resto de los componentes pueden tener influencia en él. Evidentemente es inútil
comparar distintos procesadores, si cada uno tiene distinta memoria, distintos discos duros, distintas
tarjetas gráficas, etc.
Los benchmark se pueden dividir en dos tipos. Por un lado tenemos los test de componentes, que
miden el rendimiento de una parte concreta, como el procesador, el disco duro, el lector de CD, etc.
Por otro lado, están los test del sistema, que miden el rendimiento global del sistema ejecutando una
aplicación dada.
No obstante, repito que la mejor manera de testear nuestro sistema es con las aplicaciones
software que usamos día a día, y de hecho es lo que hacemos continua e inconscientemente cuando
21
nos sentamos delante de nuestro ordenador y vemos que los programas se ejecutan mejor, igual o
peor que en otro equipo.
NOMBRES CÓDIGO DE LOS PROCESADORES
Intel, AMD, y Cyrix siempre han usado nombres código cuando están hablando de sus futuros
procesadores; se supone que estos nombres no se van a hacer públicos, pero normalmente siempre
se acaban conociendo. Esto ocurre debido a que se encuentran en la red o en artículos de revistas
especializadas que hablan de futuras generaciones de procesadores. Es más, muchas veces estos
nombres código de los procesadores se pueden encontrar en los manuales de las placas bases, ya
que dichos manuales se escriben antes de que los procesadores sean lanzados oficialmente.
A continuación se muestra una tabla, extraída del libro Upgrading and repairing Pcs de Scott
Mueller, con los nombres código de una gran cantidad de procesadores:
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CONCLUSIÓN
Después de estudiar este recorrido por la historia de los procesadores, la sensación que se me
queda es que ha sido una evolución lógica: hemos ido avanzando hacia una mayor velocidad de
procesamiento, hacia un aumento del rendimiento. La minimización del tamaño de los chips, y la
disminución del nivel de integración es más bien una necesidad que va asociada a este aumento de
la velocidad, pues se necesitan más transistores y muy pocos pueden permitirse tener en su casa un
ordenador del tamaño de un campo de fútbol.
Hoy en día hace falta quizás una idea revolucionaria, pues aunque es cierto que los procesadores
de varios núcleos están muy bien, no es menos cierto que las ventajas de tener varios procesadores
se llevan aprovechando en el mundo de los servidores desde hace tiempo, y lo único que se ha
hecho ha sido trasladar esta idea al ámbito de los ordenadores de uso personal.
Dicen que aproximadamente dentro de una década y media se habrá abandonado el silicio como
fundamento de los más avanzados procesadores, ya que el nivel de integración será irreducible.
Debido a ello se están buscando desde ya otras opciones, sonando con especial fuerza la
computación cuántica; no obstante, hasta que ésta no deje de ser una utopía o se encuentre otra
alternativa, nos tendremos que conformar con que nos bombardeen cada cierto tiempo con
información referente a un nuevo número de núcleos en un procesador.
PREGUNTAS TIPO TEST
1. ¿Con qué propósito se fabricó el procesador Intel 8088?
a. Como coprocesador matemático del 8086.
b. Como variación del 8086 para placas base y diseño de circuitos orientados a 8
bits.
c. Como procesador de gama alta para estaciones de trabajo y servidores.
2. ¿Qué avance supuso el lanzamiento de los procesadores Intel 80186 e Intel 80188?
a. Básicamente eran lo mismo que el 8086 y el 8088, pero tenían integrados
algunos de los soportes hardware necesarios.
b. Fueron los primeros procesadores completamente de 16 bits.
c. En la carrera por más velocidad, fue un avance pues se redujo un 40 % el número de
ciclos que una instrucción tardaba en ejecutarse.
3. ¿Qué mejoras aporta el procesador Intel 80286 con respecto al 8086?
a. Reduce el promedio de ciclos que tarda en ejecutarse una instrucción.
b. Tiene dos modos de operación: modo real y modo protegido.
c. Tiene la cache de nivel 1 integrada en el procesador.
4. ¿Qué ventajas tiene el procesador Intel 80386 con respecto a la anterior generación?
a. Redujo a la mitad el promedio de ciclos que tarda en ejecutarse una instrucción.
b. Fue el primer procesador de 32 bits.
c. Añadía capacidades software adicionales (modos) y una unidad de gestión de
memoria (MMU) mejor.
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5. ¿Cuántas versiones del Intel 80386 salieron al mercado?
a. Sólo salió una versión.
b. Una versión para equipos de sobremesa y una versión para portátiles.
c. Una versión estándar, una versión económica y una versión de bajo consumo
orientada a equipos portátiles.
6. ¿Cuál fue el primer procesador en tener cache de nivel 1 interna?
a. El Pentium III.
b. El Intel 80486.
c. El K5 de AMD.
7. ¿Qué mejoras aporta el Intel 80486 con respecto a la generación de procesadores
anterior?
a. Hubo varios modelos adaptados a distintos mercados, cosa que no pasaba en el Intel
80386.
b. Incluía la cache de nivel 1 integrada.
c. Supuso un salto importante en la carrera por conseguir más velocidad.
8. En relación a los procesadores Pentium de quinta generación…
a. No son compatibles con los procesadores de Intel previos.
b. No podía ejecutar dos instrucciones simultáneamente
c. Se fabricaron tres versiones: primera generación de Pentium, segunda
generación de Pentium y Pentium MMX.
9. El procesador de quinta generación fabricado por AMD, llamado K5…
a. Es un procesador claramente inferior al Pentium de Intel.
b. Se puede considerar un procesador superior al Pentium, pero fue lanzado al
mercado demasiado tarde.
c. Fue el primer procesador en tener cache de nivel 2 interna.
10. ¿Qué procesador fue el primero en tener integrada la cache de nivel 2?
a. El AMD 486, de cuarta generación.
b. El Intel Pentium II, de sexta generación.
c. El Intel Pentium Pro, de sexta generación.
11. ¿Cuáles son las principales características que hicieron que la sexta generación
(Pentium Pro, Pentium II, Pentium III...) supusiera un avance?
a. La Ejecución Dinámica y el Bus Independiente Dual.
b. Se nota una gran mejora al trabajar con software de 16 bits.
c. Se introducen los primeros procesadores completamente de 32 bits.
12. En la sexta generación de fabricantes distintos de Intel…
a. Participaron fabricantes como AMD, NexGen o Cyryx.
b. Ningún procesador era compatible con las placas base P5 (con soporte para la
generación anterior).
c. AMD le ganó a Intel la carrera por llegar a 1Ghz, con el procesador Athlon.
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13. ¿En qué consiste el hyper-threading?
a. El procesador tiene un pipeline de datos mucho mayor, dividiendo las instrucciones
individuales en más subetapas.
b. Permite a un único procesador ejecutar simultáneamente dos hilos actuando
como si hubiera dos procesadores en lugar de uno.
c. Existen dos buses de datos: uno para el sistema (placa base) y otro para la cache.
14. ¿Por qué se caracteriza la octava generación?
a. Porque, incluso siendo procesadores de 32 bits, doblan el rendimiento de la séptima
generación.
b. Por introducir la tecnología hyper-threading.
c. Porque se pasa de procesadores de 32 bits a procesadores de 64 bits.
15. ¿Cuándo es aconsejable tener un procesador de doble núcleo?
a. Para ejecutar múltiples programas al mismo tiempo (jugar, descargar algo de
Internet, escuchar música…).
b. Para usar aplicaciones multitarea.
c. Para que la autonomía de un equipo portátil sea mayor.
16. ¿Por qué los chips de doble núcleo de AMD tienen cierta ventaja sobre los primeros
chips de doble núcleo de Intel?
a. Porque AMD había abarcado más mercado que Intel en la séptima y octava
generación.
b. Porque los procesadores de AMD tenían el controlador de memoria integrado
en el procesador.
c. Porque el impacto calórico al añadir un segundo núcleo era menor que en el
caso de Intel.
17. ¿Qué diferencia principal existe entre el Intel Core Duo y el Intel Core 2 Duo?
a. Que el Intel Core 2 Duo tiene el controlador de memoria integrado.
b. Que el Intel Core 2 Duo es un procesador multinúcleo de 64 bits.
c. El Intel Core 2 Duo fue lanzado enfocado exclusivamente al mercado portátil.
18. ¿Qué es un procesador OverDrive?
a. Un coprocesador matemático de los procesadores de Intel.
b. Una versión económica de los procesadores de la cuarta generación en adelante.
c. Un procesador especial para actualizar los equipos.
19. ¿Para qué sirve un benchmark?
a. Para testear los componentes de nuestro equipo.
b. Para medir el rendimiento global del sistema.
c. Para comparar procesadores con distinta memoria, distintos discos duros, distintas
tarjetas gráficas, etc.
20. ¿Por qué se suelen conocer los nombres código de los procesadores, si se supone que
no se van a hacer públicos?
a. Porque se encuentran en artículos de revistas que hablan de futuras
generaciones de procesadores.
b. Porque se encuentran en los manuales de las placas base, los cuales se escriben
antes de que los procesadores sean lanzados oficialmente.
c. Porque cada vez que se produce el lanzamiento de un procesador, el nombre final va
acompañado de el nombre código.
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BIBLIOGRAFÍA:
-
“Upgrading and Repairing PCs”, Scott Mueller.
Página Web http://es.wikipedia.org
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