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Dicen que si la industria del automóvil se hubiera desarrollado tan rápido como la de los microprocesadores ahora se podría cruzar en coche EEUU de costa a costa en cuestión de segundos. El microprocesador apenas ha cumplido los 40 años pero los cambios que ha experimentado hacen parecer un pasado mucho más lejano.

Forma y raíces del microprocesador

El procesador es un circuito electrónico que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, en inglés CPU “Central Processin Unit” . Es el encargado de proporcionar las operaciones de cálculo, como un cerebro que organiza, da órdenes y envía información al resto del cuerpo. Los microprocesadores se utilizan, sobretodo, en ordenadores pero también en otros sistemas informáticos avanzados, como impresoras, automóviles o aviones.

En sus inicios el tamaño del procesador era el de un armario y después fue perdiendo en dimensiones. De armario pasó a una caja grande y más tarde a 15 por 15 pulgadas (menos de medio metro cuadrado). Eran procesadores para grandes máquinas nada que ver con los ordenadores de sobremesa o portátiles a los que estamos tan acostumbrados.

Para fabricar los ordenadores personales hacía falta un procesador mucho más pequeño, el microprocesador: es un circuito sumamente integrado, es decir un microchip. El microchip es un circuito electrónico complejo cuyos componentes son diminutos y forman una sola pieza plana muy fina y semiconductora.

El funcionamiento del microprocesador es realmente complejo pero conocer mínimamente sus componentes y funciones ayudará a entender mejor la relevancia de los progresos que van haciendo a lo largo de los años.

Hay que entender, por ejemplo, que el tamaño del que hablamos es sumamente pequeño, el microprocesador podría equipararse a un sello postal y los transistores de sus circuitos no alcanzan ni la décima parte de un cabello humano. Con estas dimensiones una simple mota de polvo puede colapsar el sistema.

Hay que entender también que al trabajar a esta escala supone que un pequeño avance en reducción del tamaño es un cambio enorme en la velocidad de la máquina. Si el recorrido que deben hacer los bits (unidad mínima de información, 1 o 0.

Se envía a través del bus de datos en paquetes) se reduce, aminora también el tiempo que se tarda en recibir la información. Si multiplicamos esa diferencia por los millones de “viajes” que se hacen en un segundo el resultado es que el usuario espera mucho menos tiempo a que se ejecute la tarea ordenada.

El microprocesador está compuesto por:

• Resistencias
• Diodos
• Condensadores
• Conexiones
• Millones de transistores

Secciones del microprocesador:

• ALU: unidad aritmético-lógica que hace cálculos con números y toma decisiones lógicas.
• Registros: zonas de memoria especiales para almacenar información temporalmente.
• Unidad de control: descodifica los programas.
• Bus: transportan información digital (en bits) a través del chip y de la computadora.
• Memoria local: utilizada para los cómputos efectuados en el mismo chip.
• Memoria cache: memoria especializada que sirve para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos.

El ordenador posee un cristal oscilante que proporciona una señal de sincronización. Esta señal es la que coordina todas las actividades del microprocesador y es más conocida como señal de reloj. La velocidad de reloj se mide en MHz, a lo largo de la historia de los microprocesadores iremos viendo como la velocidad de esta señal aumenta y nos permite ejecutar millones de instrucciones por segundo.

El primer microprocesador

Según muchos Intel Inside creó el primer microprocesador de la historia (para otros el mérito es de Texas Instruments) pero además se ha mantenido en primera fila desde el inicio hasta nuestros días. Su poder en el mercado es tal que se le ha acusado de monopolio y no hay señal de que sus cuotas puedan reducirse sustancialmente.

Si hablamos de PC prácticamente siempre nos referimos a su procesador por el modelo de Intel. Incluso en los 90, cuando aparecía la familia Pentium en microprocesadores, era frecuente referirse a Pentium como modelo de ordenador.

Por esta razón la historia de Intel y la de los microprocesadores van tan de la mano que es casi imposible separarlas. Empezaremos por el principio, cuando Intel Inside sacaba al mercado su primer y revolucionario modelo de microprocesador.

Era el año 1971 y una empresa japonesa, Busicom, tenía un proyecto para una nueva calculadora. Ted Hoff, ingeniero de Intel, diseñó un chip (circuito integrado) con una memoria capaz de hacer varias acciones. Con 4 chips como este y dos chips más de memoria se diseñó el primer microprocesador de Intel, el 4004. Antes de crear el microprocesador hacía falta un chip para cada parte de la calculadora, con el 4004 todas las funciones estaban integradas en un solo circuito.

Este microprocesador contenía 2.300 transistores y transmitía con un bus de 4 bits. El 4004 podía realizar 60.000 operaciones por segundo, una miseria para nuestros días, todo un logro en los años 70.

La evolución

El siguiente paso de Intel fue en 1974. Creó el 8080, un microprocesador con 4.500 transistores, un bus de 8 bits y capaz de ejecutar 200.000 instrucciones por segundo. El gran éxito de la empresa llegó con el 8088 y el 8086, microprocesadores que IBM utilizaría para su primer ordenador personal.

Debido a la buena respuesta de los consumidores por este ordenador se convirtió en un estándar y, en consecuencia, también sería un estándar el microprocesador de Intel. Muchas empresas lo utilizarían para sus nuevos ordenadores e incluso fabricantes de hardware clonarían a Intel.

Los siguientes productos de Intel Inside fueron siempre compatibles con sus predecesores así como los microprocesadores de otros fabricantes. Empresas como IBM, AMD o Apple se han dedicado también a fabricar microprocesadores pero estos son compatibles a nivel ensamblador con el juego de instrucciones Intel, de manera que no todos los PCs tienen que ser obligatoriamente “Intel Inside”.

Durante los primeros años de la historia de los microprocesadores las aportaciones de otras empresas eran pocas, en la mayoría de los casos lo que se fabricaba eran clones de los productos de Intel. AMD, por ejemplo, entró fuerte en el mercado cuando la contrató IBM como segundo fabricante de sus microprocesadores.

Según la política interna del gigante azul debía tener dos fabricantes y no solo Intel. Las tres empresas trabajaron en conjunto hasta que Intel decide rescindir el contrato e ir por su cuenta, a partir de ese momento ya no comparte información ni códigos con AMD que la demanda por incumplimiento de contrato.

A pesar de ganar la batalla contra Intel, AMD empieza a crear sus propios modelos ya que se da cuenta de que creando clones de Intel siempre estará por detrás de la gran empresa. A continuación una tabla resumen de los principales microprocesadores de Intel permite observar el gran crecimiento de esta industria.

Aunque no se observa en la tabla es importante resaltar que hasta el momento Intel ha cumplido siempre con la Ley de Moore. Gordon Moore era miembro cofundador de Intel y en 1965 formuló la ley empírica conocida como Ley de Moore. Según la ley los microprocesadores duplicarán su número de transistores en aproximadamente año y medio.

En consecuencia el ordenador baja de precio rápidamente pero también queda obsoleto en cuestión de dos años. Es una ventaja para el consumidor en tanto que pronto dispone de mayor tecnología y una desventaja porque para estar al día debe invertir mucho capital. De todas maneras los de Intel se muestran orgullosos de no haber fallado a la Ley de su fundador y seguir mejorando tan rápidamente sus productos.

Son muchas las tecnologías que han permitido este gran crecimiento en la capacidades de los microprocesadores. Para saber más sobre estas tecnologías existe una web que amplía la información.

• Soporte para memoria virtual.
• Soprocesador matemático integrado.
• Capacidad de procesar varias instrucciones en paralelo.
• Multiprocesador.
• Multinúcleo.

La IBM PC, el estándar

En la década de los 70 aparecían los primeros ordenadores personales, aunque sus ventas no eran masivas empezaban a desplazar máquinas de escribir e impresoras. A finales de la década Frank Cary, presidente de IBM se decide por fabricar una de esas máquinas que le está quitando ventas a sus productos.

Según el proceso de fabricación de IBM (diseñaba y producía todas sus máquinas) necesitaba cinco años para sacarla al mercado. William Lowe, gerente de sistemas para DataMasters, se le ocurrió utilizar hardware que ya estaba disponible en el mercado, usar arquitectura abierta y combinarlo con una buena estrategia de ventas en tiendas.

La empresa escogida para encargarse del microprocesador fue, como no, Intel. El proceso de creación del proyecto Acorn (bellota) era de alto secreto. Según explica Earl Whetstone, el negociador entre Intel e IBM, cuando había problemas en el hardware los ingenieros de las dos compañías se reunían en una habitación separada por una cortina negra. Así los de Intel no podían ver el proyecto. El problema se solucionaba “mirando” por un osciloscopio ayudados de un sensor que transmitía las señales.

El IBM PC tenía un chip Intel 8088 a 4.77 MHz, 64 KB de RAM expandibles a 256 y 4 KB de ROM. Tenía monitor monocromo, teclado y “drive” para discos de 5.25 pulgadas de 160 KB. El precio básico era de 3.000 dólares. Con un monitor a color y una tarjeta gráfica, el precio subía a 4,500 dólares. IBM esperaba vender 241,683 unidades en cinco años: superó esa cifra el primer mes.

Tras el inesperado y rotundo éxito del PC de IBM las empresas de software y hardware se dedicaron plenamente a desarrollar productos que ampliaran las capacidades de este ordenador. Se había creado un estándar. En 1982 surgía Compaq, empresa que se dedicaría a crear ordenadores clónicos del estándar.

El microprocesador es alma y cerebro del ordenador, el buen desarrollo de uno de ellos implica el del otro. Sin ese estándar que permitiera el buen crecimiento e implantación del ordenador personal, el microprocesador tenía poco que hacer. Además gracias a la fuerza de Intel en su momento se pudieron fabricar cada vez más potentes. Por otro lado, la posición comercial que consiguió Intel fue idónea para seguir en lo más alto del mercado.

Otros fabricantes de microprocesadores

Apple, Motorota, Cyrix, Sun Microsystems, Digital Equipment Corporation, Compaq, IBM y AMS son las principales empresas que se dedican también a la fabricación de microprocesadores. En un principio la mayoría de ellas lo que hacía era copiar los procesadores de Intel pero esto suponía un doble problema.

Siempre estaban por detrás de Intel Inside lo que se traducía en pérdidas ya que el que llega antes se lleva más cuotas de ventas. Por otro lado, los fabricantes de ordenadores exigen actualizar sus equipos con cierta rapidez para poder ser los primeros en sacar el mejor modelo del momento.

El caso de Apple es un poco diferente debido a que esta empresa es la única que fabrica el modelo Macintosh. De todas maneras es frecuente que Apple utilice microprocesadores Intel aunque nunca ha llegado a necesitar un Pentium.

De los antes mencionados el principal competidor de Intel Inside es AMD. Aunque es la segunda empresa en fabricación de microprocesadores más importante la distancia entre AMD e Intel es abismal. Mientras Intel controla cerca del 80% del mercado (habiendo llegado incluso al 90%) AMD se conforma con un 15%.

Como decíamos unas líneas atrás, AMD se dedicó largo tiempo a clonar los microprocesadores de Intel pero llegó un punto de inflexión en el que diseñaba sus propios productos. En la actualidad AMD tiene defensores acérrimos que consideran sus microprocesadores de mayor calidad que los de Intel.