La historia de la electrónica digital arranca a principios del siglo XIX cuando George Boole desarrolla un sistema lógico basado en variables binarias (Podían tomar solamente dos valores). Posteriormente hubo varios intentos 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 fue posible implementar las operaciones del álgebra de Boole con circuitos eléctricos utilizando interruptores que justamente pueden estar únicamente en dos estados: abierto y cerrado. Con el desarrollo tecnológico, los interruptores mecanicos fueron reemplazados por relés, válvulas de vacío y finalmente con transistores.
Gracias al pequeño consumo y disipación del calor de estos últimos, fue posible colocar muchos sobre una única base (Sustrato) creandose entonces los primeros circuitos integrados en plena década de los ’60. Estos circuitos integrados digitales incluían compuertas lógicas, inversores, codificadores, multiplexores, flip-flop y contadores.
Con estos elementos se construyeron circuitos digitales complejos que permitieron controlar, tornos, alarmas, máquinas automáticas, electrodomésticos, etc.
En ese momento, cada circuito que se desarrollaba servía solamente para el fin al que había sido diseñado. Las ventajas características de los circuitos integrados (Como bajo consumo, facilidad de reemplazo, etc.) hicieron que muchas empresas intentaran el desarrollo de circuitos integrados para funciones específicas (Por ejemplo, el control de un horno microondas). Esto resultaba particularmente caro dado que su diseño y producción exigían importantes inversiones que podían ser recuperadas en base a grandes producciones.
La solución a este problema llegó a principios de la década del ‘70 cuando se crearon circuitos electrónicos digitales programables. Es decir, que se comenzaron a fabricar circuitos integrados capaces de cumplir las más variadas funciones de acuerdo a distintos programas.
Esto constituyó la verdadera revolución en el campo de la electrónica digital ya que los denominados microprocesadores podían usarse cumpliendo diferentes funciones. Es decir, el mismo procesador se puede usar para controlar un sistema de alarma, un monitor de parámetros fiseológicos, y un horno de microondas siguiendo distintos programas. La historia de la informática está signada por el desarrollo de los microprocesadores.
Los microprocesadores se clasifucan y se denominan en función del ancho de su bus de datos, medido en bits que corresponde con la cantidad de información que el microprocesador puede trabajar en paralelo. También se especifica la cantidad de operaciones básicas que puede realizar, medida en ciclos por segundo, o Hertz. En la práctica sólo se fabrican microprocesadores cuyo bus de datos tenga un ancho igual a los valores de las sucesivas potencias de dos. Existen entonces microprocesadores de 2, 4, 8, 16, 32 y 64 bits. El primer microprocesador comercial conocido fue fabricado por la firma intel en 1971, era el 4004. Posee baja capacidad de operación aritmética y lógica y un reducido conjunto de instrucciones. Prácticamente en desuso hoy en día, se utilizó en pequeños automatismos y en juguetes. Contenía 2300 transistores, podía realizar hasta 60.000 operaciones por segundo trabajando a una frecuencia de reloj de 700 KHz.
El primer microprocesador de 8bit fue el Intel 8008, desarrollado a mediados de 1972, contaba con 3300 transistores y podía procesar a frecuencias de 800 KHz.
Un poco más tarde Intel saca a la venta en 1974 el 8080 de 8bits que contenía 4500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo trabajando a 2MHz. Para esa misma época, Motorola sacaba el 6800 y la empresa Zilog sacaba el Z80.
Estas tres empresas (Intel, Motorola y Zilog) iniciaron una serie de computadoras personales que adoptaron sus microprocesadores. IBM adoptó la línea Intel para su línea de computadoras personales (Personal Computer) hoy conocidas como PC. Apple usó los microprocesadores de Motorola, inicialmente para la línea Macintosh y el microprocesador Zilog se utilizó en las computadoras hogareñas como la Commodore 64 y la Sinclair.
Los primeros microprocesadores de 16bit fueron el 8086 y el 8088 de Intel. Fueron el inicio de los primeros miembros de lo que se conoce como arquitectura x86, estos microprocesadores llegaban a operar a frecuencias de 4MHz. Motorola sacó para esta época el Motorola 68000.
A principios de la década del ‘80, se lanza al mercado el 80286 que equipaba las IBM PC AT. Es un microprocesador de 16bits que contaba con 134000 transistores y llegaba a velocidades de hasta 25MHz. Uno de los primeros procesadores de arquitectura de 32bit fue el 80386, fabricado a fines de la década del ’80, en sus diferentes versiones, llegó a trabajar a frecuencias del orden de los 40MHz. Los microprocesadores más modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores trabajando en una arquitectura de 64 bits, integran más de 700 millones de transistores, como en el caso del Core i7 y pueden operar a frecuencias normales superiores a los 4GHz.
1971-Intel 4004
1972-Intel 8008
1974-SC/MP
1974-Intel 8080
1975-Motorola 6800
1976-Zilog Z80
1978-Intel 8086 y 8088
1982-Intel 80286
1985-Intel 80386 y VAX 78032
1989-Intel 80486
1991-AMD AMx86
1993-PowerPC 601 e Intel Pentium
1994-PowerPC 620
1995-Intel Pentium Pro
1996-AMD K5, K6 y K6 2
1997-Intel Pentium 2
1998-Intel Pentium 2 Xeon
1999-Intel Celeron, AMD Athlon K7
2000-Intel Pentium 3 Xeon
2001-Intel Pentium 4, AMD Athlon XP
2004-Intel Pentium 4 (Prescott), AMD Athlon 64
2006-Intel Core Duo
2007-AMD Phenom
2008-Intel Core Nehalem (i7), AMD Phenom 2 y AMD Athlon 2
2011-Intel Core Sandy Bridge y el AMD Fusion
Proceso de fabricación
El proceso de fabricación de un microprocesador es muy complejo. Comienza con una buena cantidad de arena (Compuesta por silicio) que se funde a altas temperaturas (1370ºC ) con la que se fabrica un monocristal de forma cilíndrica de 20cm de diámetro y 1,5m de largo. Este proceso es muy lento con aproximadamente 10mm a 40mm por hora.
De este cristal de cientos de kilos se cortan los extremos y se obtiene un cilindro perfecto. Luego el cilindro se corta en rodajas llamadas obleas, en ingles waffer, que tienen 10 micrones de espesor (10x10 a la -6 m ) (la decima parte del espesor de un cabello humano). Para este trabajo se utiliza una cierra de diamante.
De cada cilindro se obtienen miles de obleas y de cada oblea cientos de microprocesadores. Las obleas son luego pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana y luego pasan por un proceso llamado annealing que consiste en someterlas a un calentamiento extremo para remover cualquier defecto o impureza que pueda haber quedado. Despues de una supervision mediante rayas laser para detectar otras imperfecciones menores a una milesima de micron se recubre por una capa aislante formada por oxido de silicio transferido mediante una deposicion de vapor.
Terminado este proceso de preparacion se comienza a construir los transistores, diodos y resistores mediante un proceso muy complejo que consiste basicamente en la impresion de sucesivas mascaras sobre la oblea y luego endurecida mediante luz ultravioleta. luego seran atacadas por acidos encargados de remover las zonas no cubiertas por la impresion. Este oriceso 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 45 nanometros (solo para comparar el tamaño de los transistores podemos decir que es equivalente al diametro de 200 electrones).
Las salas empleadoas para la fabricacion de transistores se denominan salas limpias y poseen filtros absolutos para filtrar el aire que impide que pasen partivulas mayores a 0,10 micrones. Los trabajadores emplean trajes especiales que impiden que se liberen en el ambiente restos de piel, polvo y pelo.
Finalizado el proveso se verifica el funcionamiento de cada microprocesador en forma aitomatica, y se marcan aquellos con defectos. Luego los chips son cotados. Ahora cada microprocesador es una placa de unos pocos milimetros cuadrados sin pines ni capsula protectora.
Cada una de estas plaquetas sera dotada de una capsula protectora plastica (en algunos casos ceramica)y conectada a los cientos de pines metalicos que le permitiran interactuar mcon el mundo exterior. Estas conexiones se realizan utilizando delgadisimos alambres, generallmente de oro. De ser necesario la cpsula es provista de un pequeño disipador termico de metal que servira para mejorar la transferencia de calor desde el interior del chip asia el disipador principal. El resultado final es un microprocesador como los que equipan a las computadoras
Arquitectura del microprocesador:
Desde el punto de vista funcional el microprocesador esta basicamente encargado de realizar operaciones aritmetico-logicas, de control y de comunicacion con el resto de los componentes de acuerdo con el modelo de Von Neumann. Es el encargado de ejecutar los programas sean de usuario o de sistema. solo ejecuta instrucciones programadas a muy bajo nivel, realizando operaciones elementales basicamente las aritmeticas y logicas tales como sumar, restar, multiplicar, dividir las logicas binarias y los accesos a memoria.
