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Microprocesadores DIMAS PÉREZ KARLA FAJARDO URIZAR VICTOR FLORES GARCÍA DORIAN GARCÍA HERNÁNDEZ DIANA ITZEL

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

“CONTEXTO NACIONAL E INTERNACIONAL II” “REPORTE DE PRESENTACIÓN MICROPROCESADORES”

PROFESOR: DANIEL OSWALDO RICO ARAGÓN.

INTEGRANTES: DIMAS PÉREZ KARLA FAJARDO URIZAR VICTOR FLORES GARCÍA DORIAN GARCÍA HERNÁNDEZ DIANA ITZEL

Contexto Nacional e Internacional II Secuencia 1CV21

Microprocesadores DIMAS PÉREZ KARLA FAJARDO URIZAR VICTOR FLORES GARCÍA DORIAN GARCÍA HERNÁNDEZ DIANA ITZEL

INTRODUCCIÓN

El presente reporte, se realizó con la finalidad de recabar información acerca de los microprocesadores en la actualidad y dar, una breve historia de la evolución de los mismos, incluyendo así, su funcionamiento, composición y elementos que intervienen en él, como las instrucciones de operación. Este trabajo es presentado con el afán de transmitir esta información para consolidar los conocimientos adquiridos de estos aparatos tan esenciales en un computador o dispositivo electrónico.

PROLOGO Los microprocesadores, una llave a la transformación de nuestro mundo actual. Cada uno de estos pequeños aparatos nos puede ayudar a facilitar en mucho nuestra vida actual, pues, estos “pequeños cerebros” realiza cientos de miles de operaciones por segundo, quedando muy diminuto un problema algebraico simple. Equipados con cientos de transistores en cada uno de sus núcleos, pueden conducir la electricidad para la entrada y salida de información que se distribuye al resto de la computadora. Así, es como vemos a un microprocesador hoy en día, pero debemos tomar en consideración que cuando estos nacieron no contenían estas características de ensueño; en su momento fueron relativamente más lentos a los actuales realizando operaciones, o recibiendo instrucciones lógicas. Incluyendo que también eran proporcionalmente mayores en tamaño a como los vemos hoy en día, estos “insectos” (por las patas que sobresalían del aparato para soldarse a la tarjeta madre), de igual forma cabían en la palma de la mano, pero si los comparamos hoy día pueden llegar a medir del tamaño de una uña del dedo meñique. Hemos avanzado tanto, que es un poco difícil imaginar cómo evolucionara nuestra tecnología en un futuro, claro, siempre teniendo en cuenta que haremos las cosas más pequeñas para así realizar grandes cosas.

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QUE ES UN MICROPROCESADOR Se tomaron en cuenta diversas fuentes de información, la más concreta y entendible, fue la que se recabó de Wikipedia. En esta wiki, encontramos que el microprocesador (como se sabía), es un circuito integrado que está integrado a la placa o tarjeta madre, este debe estar en un lugar muy específico de la misma, pues, para evitar que el microprocesador se queme es necesario apartarlo de la concentración de calor y ponerlo junto con el ventilador para fugar el propio calor que hace el procesador.

FUNCIONES Desde un punto de vista lógico, singular y funcional, el microprocesador está compuesto básicamente de: registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica, y dependiendo del procesador, puede contener una unidad de coma flotante. El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:

o Prefetch, prelectura de la instrucción desde la memoria principal.

o Fetch, envío de la instrucción al decodificador o Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer. o Lectura de operándos (si los hay).

o Ejecución, lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento. o Escritura de resultados en la memoria principal o en los registros. Contexto Nacional e Internacional II Secuencia 1CV21

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CARACTERÍSTICAS Principales características de un Procesador.    

Núcleos Memoria cache Velocidad Socket

Núcleos

En un principio en 1971 Texas Instruments diseño el primer microprocesador el TMS 1000, e Intel dos meses después lanzo el Intel 4004 ambos eran mono-núcleo, pero las cosas a día de hoy han cambiado mucho. Los fabricantes de microprocesadores fueron incorporando un segundo procesador para que estos pudieran trabajar en paralelo y así mejorar el rendimiento, pero gracias a que más o menos cada 18 meses fuera reduciendo el tamaño de estos, fueron capaces de crear una CPU con 2 procesadores en un mismo micro, a estos micro procesadores se les llama núcleos o cores, o sea que un procesador de 2 núcleos/Cores en realidad tiene dentro de sí 2 procesadores. Hay que aclarar que tener 2 núcleos no implica necesariamente tener el doble de velocidad, aunque es cierto que si un proceso utiliza los 2 núcleos, terminará en la mitad de tiempo, Contexto Nacional e Internacional II Secuencia 1CV21

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pero hay muchos procesos que no se pueden dividir, o muchas aplicaciones que no están diseñadas para aprovechar los 2 núcleos. Hoy en día el mercado nos ofrece procesadores de 4, 8 y hasta 10 núcleos, así que sería bueno conocer donde podemos sacarle el máximo provecho a estos núcleos. Hay que recordar que un ordenador efectúa muchas tareas y si una de ellas, como por ejemplo un antivirus, se pusiera a revisar intensivamente tu ordenador y solo contaras con un núcleo podría ser que este núcleo fuera ocupado al 100% por este proceso y experimentarías parones al intentar usar el ordenador, allí entra el beneficio de tener 2 o más núcleos ya que mientras un núcleo estuviera ocupado, el otro realizaría las operaciones que nosotros le solicitáramos. El beneficio de tener un procesador de varios núcleos se experimentará considerablemente en tareas tales como: Edición de fotografía, Edición de vídeo y rendering de este. Memoria cache

La memoria cache del procesador es una memoria de acceso aleatorio y muy rápida ubicada en la CPU, y esta se divide en diferentes niveles, por ejemplo en los procesadores Intel en L1, L2 y L3. Memoria cache L1 Contexto Nacional e Internacional II Secuencia 1CV21

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Como ya vimos en este artículo hoy por hoy cada procesador suele tener más de un núcleo y la memoria cache L1 está en el interior de cada uno de estos núcleos, siendo la L1 la cache con mayor velocidad, velocidad aproximada a la misma de la CPU, pero debido a su costo la L1 suele ser una memoria de espacio reducido. Memoria cache L2 La memoria L2 es una memoria cache que ya no está en el interior de cada núcleo, y su velocidad es inferior a la L1 siendo una velocidad intermedia entre la velocidad del procesador y la memoria RAM, según la arquitectura del procesador la L2 puede ser de acceso exclusivo por cada núcleo o acceso compartido entre cada par de núcleos del procesador Memoria cache L3 La memoria L3 es una memoria que al igual que la L2 ya no está en cada núcleo y su velocidad es inferior a la L2 siendo una velocidad más parecida a la velocidad de la memoria RAM y a esta memoria puedes acceder todos los núcleos de la CPU. Velocidad

La velocidad de la CPU se mide en GHz y actualmente contamos con procesadores de 2,2 GHz 3,0 GHz o hasta 4,4 GHz, antiguamente la velocidad de un procesador era lo más importante a tomar en cuenta pero con la introducción de más de un núcleo y la cantidad y velocidad de la memoria cache, la velocidad ha pasado a ser simplemente uno de varios factores a tomar en cuenta.

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 

1 Giga Hertz es equivalente a 1,000 MHz y 1 Mega Hertz es equivalente a 1,000 KHz dicho de otra manera; 1,000 KHz (Kilo Hertz) = 1 MHz (Mega Hertz) y 1,000 MHz (Mega Hertz) = 1 GHz (Giga Hertz) = 1000, 000,000 ciclos por segundo (o instrucciones de ordenador).

La velocidad del reloj del primer procesador Intel 4004 fue de 100 Kilo Hertz o sea 100,000 ciclos por segundo, ¿y para qué sirve un ciclo por según? dicho de manera sencilla cada ciclo por segundo lleva una o varias instrucciones, así que podemos deducir que a mayor velocidad del procesador más instrucciones por segundo se ejecutan, pero esto no es por completo cierto, veamos por qué. No siempre tener un procesador de 3Ghz será mejor que uno de 2Ghz ya que este último podría tener más memoria cache interna y un número de núcleos mayor, esto le daría un mejor rendimiento y velocidad que el primer procesador.

Socket

El socket es el soporte que comunica al procesador con la placa principal, este permite que podamos extraer fácilmente el procesador y actualizarlo a un más potente. ¿Porque es necesario fijarnos en el tipo de Socket que necesitamos?

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Para evitarnos un disgusto a la hora de comprar el procesador, por ejemplo, aun que podemos actualizar un ordenador con un procesador i3 a un i7 hay que tener mucho cuidado a la hora de comprar un i7, ya que hay procesadores i7 de socket 1155 como procesadores i7 de socket 2011, así que en este ejemplo, si actualmente tenemos un procesador i3 de socket 1155 debemos de comprar un i7 para el socket 1155. Por otro lado si vas a armar un ordenador y estas en el dilema de decidir entre comprar un procesador de i7 de socket 1155 o un socket 2011, deberás ver aspectos como rendimiento, consumo y modelos de procesadores disponibles para cada socket. También se llegan a dividir en características de tipo:  LÓGICA  Longitud de la palabra procesada: número de bits procesados en el mismo ciclo de reloj.  Capacidad de acceso a la memoria, a la cantidad de memorias que pueden manejar.  Velocidad de instrucciones y de proceso.  Repertorio de instrucciones a nivel de máquinas que se pueden procesar.

 FÍSICA  Retracto de programación de la señal eléctrica: tiempo que tarda la señal en tomar uno u otro valor dentro del circuito.  Disipación de potencia: este indica el calor que genera el procesador al permanecer operativo.  Abanico de salida: cantidad de señales eléctricas.  Márgenes de información.

ruido:

indica

la

fiabilidad

FUNCIONES Contexto Nacional e Internacional II Secuencia 1CV21

eléctrica

que

contiene

la

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La funcionalidad de estos artefactos, varía dependiendo de tres principales aspectos:  VELOCIDAD: número de ciclos de procesamiento por segundo que genera.  Giga Hertz (GHz) o Mega Hertz (MHz).  TAMAÑO DEL CACHÉ: el caché está diseñado para almacenar información, siendo transmitida hacia y desde el procesador.  Kilobytes (KB), Megabytes (MB).  VELOCIDAD DE BUS: la rapidez con la cual transfieren datos entre el procesador y la placa madre. Tiene un fuerte impacto sobre la potencia global de un procesador.  Megahertz o Gigahertz

CREACIÓN DE UN MICROPROCESADOR

Pueden variar según los materiales utilizados: Primero se fabrica un mono-cristal de silicio de cientos de quilos de peso; unos 20 cm x 150 cm, en un proceso muy lento (10 a 40 mm/hr) a alta temperatura (1370 °C). Rectificado de la superficie y corte de sus extremos hasta conseguir un cilindro perfecto. Separación de obleas por corte mediante sierra de diamante. Cada una de menos de 1 mm de grosor (se obtienen miles de ellas de cada barra). Las obleas se pulen hasta conseguir un acabado especular y se recubren de una primera capa aislante de óxido de silicio mediante deposición de vapor.

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Fotolitografía: deposición de una película de material fotosensible; a continuación, se proyecta sobre ésta película la primera máscara. Un ataque caustico disuelve las zonas en que el material fotosensible ha sido expuesto a la luz, con lo que se crean zanjas microscópicas ( .25, .18 y .13 micras). El proceso sigue con el dopaje, consiste en crear capas con propiedades semiconductoras (después serán parcialmente disueltas) mediante la adición de impurezas. Las zonas de interconexión se efectúan mediante metalización. Actualmente se utiliza principalmente aluminio, pero empieza a utilizarse cobre ya que es mejor conductor y permite interconexiones más pequeñas (aunque presenta más problemas de corrosión que el aluminio). Testeo y corte: se marcan las unidades malas y se cortan con láser o diamante (tasa de errores). Encapsulado y comprobación final a diversas velocidades y temperaturas.

OTRA FORMA SERÍA: 1. LAS PRIMERAS CAPAS: se utiliza un láser para rebanar la barra de silicio, por cada rodaja obtenida de la barra de silicio son fabricados centenares de microprocesadores y cada uno requiere de menos de un centímetro cuadrado de una de éstas láminas de silicio.

2. CAPA DE SILICIO: se utiliza una capa aislante de dióxido de silicio sobre la lámina para que se conduzca la electricidad a través del microprocesador.

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3. FOTO – RESISTENCIA: es revestido con una sustancia llamada “photoresist”, el cual es viscoso y recorre todo cuando es expuesto a luz ultravioleta.

4. CUBRIENDO: máscaras fotográficas de foto – resistencia son colocadas sobre la lámina.

5. EXPOSICIÓN: el recubrimiento y la lámina son expuestos a la luz ultravioleta, así el recubrimiento se esparce sobre determinadas áreas de la lámina.

6. GRABANDO: los pedacitos de foto – resistencia son removidos con un solvente que revela el dióxido de silicio oculto. Se remueve el dióxido de silicio revelado y el proceso de recubrimiento y grabación es repetido en cada una de las láminas del circuito (a veces más de 20 ocasiones) el cual depende de la complejidad del Contexto Nacional e Internacional II Secuencia 1CV21

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microprocesador. Éste proceso se hace posible por medio de cintas de material conductivo y con grosor casi siempre menores al de un cabello humano, son preparados circuitos patrones.

7. SOBRECARGANDO: se inundan las áreas expuestas de lámina de silicio, el primer pedazo con el que nosotros empezamos, en un químico combinado de iones; las áreas de silicio sobrecargadas dirigen electricidad a cada transistor para encenderlo. Los electrones fluyen de arriba a abajo entre los diferentes niveles, formando canales a través del proceso de cubrimiento y grabación; luego de que los canales estén en un determinado lugar, se llenan con uno de los metales más comunes (aluminio).

Una vez terminado todos los pasos, es instalado al microprocesador una base de cerámica o plástico con la cual podrá reposar tranquilamente sobre la tarjeta de circuitos.

EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES Para investigar sobre la evolución de los microprocesadores lo primero fue investigar el año en que salió el primer microprocesador y sus posteriores evoluciones. Al leer la información contenida en las mismas, llego a la conclusión que parte importante para entender la evolución de los microprocesadores era comprender la ley de Moore, la cual se tuvo que investigar un poco acerca del tema

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Entendiendo la ley de Moore, se dio cuenta que también era necesario entender la parte relacionada al espacio en la evolución de los micros, por lo tanto llegue a graficas de tendencia de reducción, los transistores 3D y por ultimo a la medida en nanómetros.

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FUTURO DE LOS MICROPROCESADORES Los investigadores han creado estructuras de la nanotecnología que han denominado “nanopilares”, producidos de materiales de Arseniuro de Galio Indio procedentes del Silicio. Los investigadores utilizaron deposición de vapor químico-orgánico de metal para hacer crecer los nano-pilares del silicio. Estos nano-pilares son capaces de producir luz láser por infrarrojos a la temperatura ambiente. Dicho informe será publicado en la revista Nature Photonics. Además de en los procesadores, los investigadores destacan que la tecnología podría ser utilizada también en sensores bioquímicos. Se trata del que será el próximo tick de Intel, un ciclo en el que se mejora la tecnología de integración y fabricación para pasar a procesos de 10 nanómetros. Eso implica más transistores en el mismo espacio, aunque ese salto será más duradero que de costumbre. Los 5nm llegarán en 2020 Se espera que los primeros procesadores de la familia Cannonlake lleguen en 2017, y será entonces cuando ese nuevo tick pueda presumir de una escala de integración nunca vista en microprocesadores. Antes, eso sí, tendremos a nuestra disposición la familia Kaby Lake, que mantendrá el proceso de 14 nm actual pero que introducirá también algunas mejoras destacables.

Ese futuro proceso de fabricación comienza ya a poner en aprietos a Intel, que tardará algo más en volver a dar otro salto en ese sentido. De hecho este tick no irá acompañado de un tock (cambio de micro arquitectura), sino de dos. Así pues, asistiremos a un ciclo "Tick-TockTock" que demuestra lo complejo que es ya mejorar esa escala de integración.

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De este modo tendremos tres familias de procesadores de 10 nm: la primera, Cannonlake, debutará en 2017. La segunda, Icelake, lo hará en 2018, mientras que la tercera y última será Tigerlake, que aparecerá en 2019. Tras ese ciclo se espera que Intel dé el salto a los microprocesadores de 5 nm en 2020.

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BIBLIOGRAFÍA Las fuentes de información consultadas durante el proceso de recolección de datos, fueron:

http://informaciondemipc.blogspot.mx/2009/12/caracteristicas-de-los.html http://www.ehowenespanol.com/clasificacion-microprocesadores-hechos_346092/ http://fabricacionmicroprocesadores.blogspot.mx/ http://www.angelfire.com/ca6/germancho/intelmade.html https://www.google.com.mx/?gws_rd=ssl#q=evolucion+de+los+microprocesadores http://www.muycomputer.com/2011/11/15/evolucion-de-los-microprocesadores-40-anos-dehistoria-infografia http://www.muyinteresante.es/curiosidades/preguntas-respuestas/ique-es-la-ley-de-moore http://www.forbes.com.mx/fracaso-la-ley-moore/#gs.cNmOI00 http://www.xataka.com/componentes/de-nanometros-miniaturizacion-y-ley-de-moore-elfuturo-de-los-transistores http://www.intel.es/content/www/es/es/it-managers/moores-law-technical-evolution.html http://www.xataka.com/componentes/intel-prepara-su-nueva-generacion-de-procesadores-en2017-llegaran-los-10-nanometros http://www.lanacion.com.ar/1412760-el-futuro-de-los-microprocesadores http://www.pcworld.com.mx/Articulos/11708.htm

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