La historia de la electronica digital arranca a principios del siglo XIX cuando George Boole desarrolla un sistema lógico basado en variables binarias (es decir que pueden tomar solo 2 valores 0 y1 ) posteriormente hubo varios inventos de fabricar dispositivos capaces de efectuar las operaciones desarrolladas por Boole con el fin de realizar mecánicamente operaciones matemáticas.
Con el desarrollo de la electricidad de posible implementar las operaciones del álgebra de Boole con circuitos eléctricos utilizando los interruptores que justamente pueden estar en 2 estados abierto y cerrado.
Con el desarrollo tecnológico los interruptores fueron reemplazados por releas válvulas de vació y finalmente por transistores
válvula de vació:
reles:
transistores:
Gracias al pequeño consumo y discipacion del calor de los transistores fue posible colocar muchos sobre una única base o sustrato creándose entonces los primeros circuitos integrados en la década del 60
estos circuitos integrados digitales incluían compuertas lógicas, inversores, codificadores, multiflexores, flip-flop y contadores. con estos elementos se construyeron circuitos digitales complejos que permitieron controlar electrodomésticos alarmas maquinas herramientas, etc.
En ese momento cada circuito que se desarrolla podía ser utilizado para el fin que había sido diseñado. Las ventajas que caracterizan a los circuitos integrados como por ejemplo el bajo consumo, facilidad de reemplazo, etc; hicieron que muchas empresas intentaran el desarrollo de circuitos integrados para funciones especificas como por ejemplo el control de un microondas, pero esto resultaba particularmente caro dado que el diseño y producción de los circuitos integrados exigía importantes inversiones que solamente podía ser recuperadas en base a grandes producciones
la solucion de este problema lego a principios de los años 70 cuando se crearon circuitos electrónicos digitales programables, es decir que se crearon... capases de cumplir las mas variadas funciones de acuerdo a distintos programas.Un mismo microprocesador se puede usar para controlar un sistema de alarma un monitor de parámetros fisiológicas y un horno de microondas si se programa adecuadamente para cada una de esas funciones.
los microprocesadores se clasifican y se denomina en función del ancho de bus de datos medido en bit lo que corresponde con la cantidad de información del microprocesador. También se especifica la cantidad de operaciones básicas que puede realizar medida en ciclos por segundo o Hertz. En la practica solo se fabrican microprocesadores de 2,4,8,16,32 y 64 bits, lo que se corresponde con las sucesivas potencias de 2. El primer microprocesador comercial conocido fue fabricado por la firma intel en 1971 era el 4004, contenía 2300 , y trabajaba a una frecuencia de 700 KHz
evolución de los microprocesadores intel
evolución procesadores de AMD
motorola_parte1
motorola_parte2
evolucion de los procesadores(linea de tiempo)
Los microprocesadores funcionan realizando operaciones definidas por el álgebra de Boole. Veremos como es posible realizar operaciones matemáticas como la suma a partir de las operaciones lógicas definidas por Boole. Recordemos las operaciones básicas
AND(y)
F=A·B(funcion)
"·" se lee "y".
F, A y B variables binarias<i Para explicar como funciona la función se utiliza la tabla de verdad
A | B | F
0 | 0 | 0
0 | 1 | 0
1 | 0 | 0
1 | 1 | 1
OR(ó)
F=A+B
"+" se lee "ó"
A | B | F
0 | 0 | 0
0 | 1 | 1
1 | 0 | 1
1 | 1 | 1
XOR( ó exclusiva)
F=A+B
"+" se lee "ó exclusiva"
A | B | F
0 | 0 | 0
0 | 1 | 1
1 | 0 | 1
NOT(no)
_
F=A (se lee "A" negada)
_
A | A |
0 | 1 |
1 | 0 |
Desarrollaremos un circuito capas de sumar 2 números binarios de un bit . La tabla de funcionamiento de un circuito sumador es:
A | B | S | Cout
0 | 0 | 0 | 0
0 | 1 | 1 | 0
1 | 0 | 1 | 0
1 | 1 | 0 | 1
De la misma se desprende entonces que:
S=A(+)B
C1=A·B
Lo que se corresponde con el siguiente circuito
Esto constituyo la verdadera revolucion en el campo de la electronica digital ya que los microprocesadores podian usarse cumpliendo diferente funciones. Es decir que el mismo dispositivo se puede usar para controlar un sistema de alarma, un monitor de parametros fisiologicosy un horno de microohondas siguiendo distintos programas. La historia de la informatica esta signada por el desarrollo de los microprocesadores, los microprocesadores se clasifican y denominan en funcion del ancho del bus de datos medido en bitslos que se corresponden con la cantidad de informacion que el microprocesador puede trabajar en paralelo tambien se especifica la cantidad de operaciones basicas que puede realizar medida en ciclo por segundo o hertz. En la practica solo se fabrican microprocesadores cuyo bus de datos tenga un ancho igual en las sucesivas potencias de 2 existen entonces microprocesadores de 2, 4, 8, 16, 32 y 64 bits. El primer microprocesador comercial conocido fue fabricado por Intel en 1971, era el 4004. Posee baja capacidad de operaciones aritmeticas y logicas y un reducido conjunto de instrucciones. Practicamente no se uso exepto en pequños automatismos y juguetes. Contenia 2300 transistores podia realizar 60000 operaciones por segundo trabajando a una frecuencia de reloj de 700 KHz.
Un poco mas tarde Intel saca a la venta en 1974 el 8080 de 8 bits que contenia 4500 transistores y podia realizar 200000 instrucciones por segundo trabajando a 2 MHz, para esa misma epoca Motorola sacaba el 6800 y Zilog sacaba el Z80.
Estas empresas (Intel, Motorola y Zilog) iniciaron una serie de computadoras personales que adoptaron sus microprocesadores: IBM adoptp la linea Intel para sus computadoras personales hoy concidas como PC Apple uso los microprocesadores de Motorola para la linea Macintosh y el miroprocesador Zilog se uso para las computadoras hogareñas como la Commodore 64 y la Sinclair Spectrum.
Los primeros microprocesadores de 16 bits fueron el 8086 y el 8088 de Intel, los que establecieron lo que se conoce hoy en dia como arquitectura X86. Estos microprocesadores llegaban a operar en frecuencias de 4 MHz. Motorola saco para esa epoca el 68000.
A principio de los 80 se lanza al mercado el 80286 que equipaba a las IBM PC AT con un microprocesador de 16 bits que ya contaba con 134000 transistores y llegaba a velocidades de hasta 25 MHz.
Uno de los primeros microprocesadores de arquitectura de 32 bits fue el 80386 de Intel fabricado a fines de la decada del 80 en sus diferentes versiones llego a trabajar en el orden de los 40 MHz.
Los microprocesadores actuales tienen una arquitectura de 64 bits trabajan en frecuencias de orden los 4 GHz y ademas poseen varios nucleos trabajando en paralelo dentro del mismo microprocesador.
Proceso de fabricación de microprocesadores
El proceso de fabricacion es muy compñejo. Comienza con una buena cantidad de arena (silicio) que se funde a altas tenperaturas(1300º) de esta forma se crea un cristal ultrapuro de forma cilindrica de 20 cm de diametro un metro y medio de largo este proceso es muy lento ya que se producen de 10 a 40 mm por hora .
De este cristal de cientos de kilos de peso se cortan los extremos y se obtiene un cilindro perfecto. Luego el cilindro se corta en rodajas llamadas "Obleas" (Waffer) que tienen 10 micrones de espesor. Para este trabajo se usa una sierra de diamantes.
De cada cilindro se obtienen miles de obleas, y de cada oblea se obtienen cientos de microprocesadores. Las obleas son luego pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana y luego pasa por un proceso llamado Annealing que consiste en someterlas a un calentamiento extremo para remover las tensiones creadas durante el proceso de fabricación. Después de supervisión mediante rayos láser para detectar las imperfecciones menores a una milésima de micron se recubre por una tapa aislante de oxido de silicio transferido mediante vapor .
Terminado este proceso de reparación se comienza a construir los transistores. diodos y resistores mediante un proceso que consiste básicamente en la impresión de sucesivas mascaras sobre la oblea luego endurecidas mediante luz ultra violeta. Luego serán atacadas por ácidos encargados de remover la zonas no cubiertas por la impresión. Este proceso se repite cientos de veces hasta llegar al chip que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador.
Los transistores construidos de esta forma tienen aproximadamente un tamaño de 45NM(45*10^-9) solo para comparar el tamaño de los transistores podemos decir que es equivalente al diámetro de 200 electrones . Las salas empleadas para la fabricación de transistores se denominan salas limpias poseen los llamados filtros absolutos para filtrar el aire que impide que pasen partículas mayores a 0,1 micrones . Los trabajadores emplean trajes especiales que impiden que se libere en el ambiente restos de piel, polvos y pelo finalizado el proceso se verifica el funcionamiento de cada microprocesador en forma automática y se marcan aquellos con defectos . Luego los chip son cortados. Ahora cada microprocesador es una placa de unos pocos milímetros cuadrados sin fines, ni capsula protectora.
Cada una de estas plaquitas sera dotada de una capsula protectora plástica (en algunos casos cerámica) conectada a los pines metálicos que le permitirán interactuar con el mundo exterior. Estas conexiones se realizan utilizando delgadisimos alambres generalmente de oro. Luego la capsula es provista de un disipador térmico de metal que servirá para mejorar la transferencia de calor desde el interior del chip hacia el disipador principal. El resultado final es un microprocesador como los que equipan a las computadoras.
