Nombre : Katy`a Melissa Gomez Escobar
Clase: Fundamentos
Catedratico: Ernesto Yax
Fecha de Entrega: 26-04-13
El Intel 4004 (i4004), un CPU de 4bits, fue el primer microprocesador en un simple chip, así como el primero disponible comercialmente. Aproximadamente al mismo tiempo, algunos otros diseños de CPU en circuito integrado, tales como el militar F14 CADC de 1970, fueron implementados como chipsets, es decir constelaciones de múltiples chips.
Historia y descripción El 4004 fue lanzado en un paquete de 16 pines CERDIP el 15 de noviembre de 1971. El 4004 fue el primer procesador de computadora diseñado y fabricado por el fabricante de chips Intel, quien previamente hacía semiconductores de chips de memoria. Marcian "Ted" Hoff formuló la propuesta arquitectónica en 1969. Sin embargo, la implementación del microprocesador sólo comenzó en 1970 cuando Federico Faggin fue empleado por Intel, procedente de Fairchild Semiconductor, para dirigir el proyecto y para diseñar el 4004 (1970-1971).1 En Fairchild, Faggin había desarrollado la tecnología pionera llamada Silicon Gate Technology (SGT) y había también diseñado el primer circuito integrado MOS usando la tecnología SGT (el Fairchild 3708), en 1968, demostrando la viabilidad de la nueva tecnología. Tan pronto como empezó a trabajar para Intel, Faggin creó una nueva metodología de "random logic design" con silicon gate, que no existía previamente, y que la utilizó para encajar el microprocesador en un único chip. Su metodología fue usada en todos los primeros diseños de microprocesadores de Intel (8008, 4040, 8080). Masatoshi Shima de Busicom asistió a Faggin durante el desarrollo de la familia 4004 y más tarde escribió el software para la calculadora Busicom. Shima se unió a la compañía ZiLOG, la primera compañía dedicada exclusivamente a microprocesadores, fundada por Federico Faggin a finales del 1974, y desarrolló el diseño del Z80 con Faggin. Originalmente diseñado para la compañía japonesa Busicom para ser usado en su línea de calculadoras, el 4004 también fue proporcionado con una familia de chips de soporte especialmente diseñados para él. Por ejemplo, cada "ROM de programa" internamente guardaba para su propio uso los 12 bit de dirección de programa del 4004, lo que permitía, si las 16 ROM fueron instaladas, acceso de 4 KB de memoria desde el bus de direcciones de 4 bits. El circuito 4004 fue construido con 2.300 transistores, y fue seguido el año siguiente por el primer microprocesador de 8 bits, el 8008, que contenía 3.300 transistores, y el 4040, que era una versión revisada del 4004. Como su cuarta entrada en el mercado de microprocesadores, Intel lanzó el CPU que comenzó la revolución del microcomputador, el 8080, usado en el Altair 8800.
Especificaciones técnicas •
Microprocesador de 4 bits
Contiene 2.300 transistores • Encapsulado CERDIP de 16 pines • Máxima velocidad del reloj 740 KHz • Usa Arquitectura Harvard, es decir, almacenamiento separado de programas y datos. Contrario a la mayoría de los diseños con arquitectura de Harvard, que utilizan buses separados, el 4004, con su necesidad de mantener baja la cuenta de pines, usaba un bus de 4 bits multiplexado para transferir: •
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12 bits de direcciones (direccionando hasta 4 KB)
Instrucciones de 8 bits de ancho, que no deben ser colocadas en la misma memoria de datos de 4 bits de ancho. • El conjunto de instrucciones está formado por 46 instrucciones (de las cuales 41 son de 8 bits de ancho y 5 de 16 bits de ancho) • 16 registros de 4 bits cada uno • Stack interno de llamadas a subrutinas de tres niveles de profundidad • Chipset (circuitos auxiliares) para crear sistemas basados en el 4004 •
Intel 8008 El Intel 8008 (i8008) es un microprocesador diseñado y fabricado por Intel que fue lanzado al mercado en abril de 1972. Codificado inicialmente como 1201, fue pedido a Intel por Computer Terminal Corporation para usarlo en su terminal programable Datapoint 2200, pero debido a que Intel terminó el proyecto tarde y a que no cumplía con la expectativas de Computer Terminal Corporation, finalmente no fue usado en el Datapoint 2200. Posteriormente Computer Terminal Corporation e Intel acordaron que el i8008 pudiera ser vendido a otros clientes. El conjunto de instrucciones del i8008 y de todos los procesadores posteriores de Intel está fuertemente basado en las especificaciones de diseño de Computer Terminal Corporation. El i8008 emplea direcciones de 14 bits, pudiendo direccionar hasta 16 KB de memoria. El circuito integrado del i8008, limitado por las 18 patillasde su encapsulado DIP, tiene un un bus compartido de datos y direcciones de 8 bits, por lo que necesita una gran cantidad de circuitería externa para poder ser utilizado. El i8008 puede acceder a 8 puertos de entrada y 24 de salida. Aunque un poco más lento que los microprocesadores Intel 4004 e Intel 4040 de 4 bits en cuanto a la cantidad de millones de instrucciones por segundo ejecutadas, el hecho de que el i8008 procesara 8 bits de datos al tiempo y de que pudiera acceder a mucha más memoria hacen que el i8008 sea en la práctica unas tres o cuatro veces más rápido que sus predecesores de 4 bits. El i8008 era un diseño aceptable para utilizarlo como el controlador de un terminal, pero no para el resto de tareas, por lo que pocos ordenadoresse basaron en él. La mayoría de los ordenadores de la época emplearon el mejorado Intel 8080.
El Intel 8080 fue un microprocesador temprano diseñado y fabricado por Intel. El CPU de 8 bits fue lanzado en abril de 1974. Corría a 2 MHz, y generalmente se le considera el primer diseño de CPU microprocesador verdaderamente usable. Varios fabricantes importantes fueron segundas fuentes para el procesador, entre los cuales estaban AMD, Mitsubishi, NatSemi, NEC, Siemens, yTexas Instruments. También en el bloque oriental se hicieron varios clones sin licencias, en países como la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas y la República Democrática de Alemania.
Modelo de programación El Intel 8080 fue el sucesor del Intel 8008, esto se debía a que era compatible a nivel fuente en el lenguaje ensamblador porque usaban el mismo conjunto de instrucciones desarrollado porComputer Terminal Corporation. Con un empaquetado más grande, DIP de 40 pines, se permitió al 8080 proporcionar un bus de dirección de 16 bits y un bus de datos de 8 bits, permitiendo el fácil acceso a 64 KB de memoria. Tenía siete registros de 8 bits, seis de los cuales se podían combinar en tres registros de 16 bits, un puntero de pila en memoria de 16 bits que reemplazaba la pila interna del 8008, y un contador de programa de 16 bits
El Intel 8086 y el Intel 8088 (i8086, llamados oficialmente iAPX 86, y i8088) son los primeros microprocesadores de 16 bits diseñados por Intel. Fueron el inicio y los primeros miembros de la arquitectura x86, actualmente usada en la mayoría de los computadores. El trabajo de desarrollo para el 8086 comenzó en la primavera de 1976 y el chip fue introducido al mercado en el verano de 1978. El 8088 fue lanzado en 1979. El 8086 y el 8088 ejecutan el mismo conjunto de instrucciones. Internamente son idénticos, excepto que el 8086 tiene una cola de 6 bytes para instrucciones y el 8088 de sólo 4. Exteriormente se diferencian en que el 8086 tiene un bus de datos de 16 bits y el del 8088 es de sólo 8 bits, por ello, el 8086 era más rápido. Por otro lado, el 8088 podía usar menor cantidad, y más económicos, circuitos lógicos de soporte, lo que permitía la fabricación de sistemas más económicos. El 8088 fue el microprocesador usado para el primer computador personal de IBM, el IBM PC, que salió al mercado en agosto de 1981.
Antecedentes En 1972, Intel lanzó el 8008, el primer microprocesador de 8 bits.1 El 8008 implementó un conjunto de instrucciones diseñado por la corporación Datapoint la cuál tenía en mente hacerterminales de CRT programables. El 8008 también demostró ser bastante de propósito general. El dispositivo necesitó varios ICs adicionales para producir un
computador funcional, en parte debido a su pequeño "paquete de memoria" de 18 pines, que eliminó el uso de un bus de direcciones separado (En ese tiempo, Intel era primariamente un fabricante de DRAM). Dos años más tarde, en 1974, Intel lanzó el 8080,2 empleando los nuevos paquetes DIL de 40 pines desarrollados originalmente para ICs de calculadora para permitir un bus de direccionesseparado. Tenía un conjunto de instrucciones extendido que era compatible a nivel de código fuente, no de código de máquina binario, con el 8008 y también incluyó algunas instrucciones de 16 bits para hacer la programación más fácil. El dispositivo 8080, con frecuencia descrito como el primer microprocesador verdaderamente útil, fue eventualmente substituido por el 8085, basado en tecnología depletionload NMOS (1977) que podía trabajar con una sola fuente de alimentación de 5V en vez de los tres diferentes voltajes de funcionamiento de los chips anteriores.3 Otros microprocesadores de 8 bits bien conocidos que emergieron durante estos años fueron el Motorola 6800 (1974), Microchip PIC16X (1975), MOS Technology 6502 (1975), Zilog Z80 (1976), yMotorola 6809 (1978), así como otros.
El Intel 802861 (llamado oficialmente iAPX 286, también conocido como i286 o 286) es un microprocesador de 16 bits de la familia x86, que fue lanzado al mercado por Intel el 1 de febrero de 1982. Cuenta con 134.000 transistores. Al igual que su primo contemporáneo, el 80186, puede ejecutar correctamente la mayor parte del software escrito para el Intel 8086 y el Intel 8088.2 Las versiones iniciales del i286 funcionaban a 6 y 8 MHz, pero acabó alcanzando una velocidad de hasta 25 MHz. Fue el microprocesador elegido para equipar al IBM Personal Computer/AT, introducido en 1984, lo que causó que fuera el más empleado en los compatibles AT hasta principios de los 1990. A pesar de su gran popularidad, hoy en día quedan pocos ordenadores con el i286 funcionando. El sucesor del i286 fue el Intel 80386, de 32 bits. Tras las versiones iniciales a 6 MHz y 8 MHz, Intel lanzó un modelo a 12,5 MHz. AMD y Harris ampliaron esa velocidad a 20 MHz y 25 MHz, respectivamente. En promedio, el 80286 tenía una velocidad de unas 0,21instrucciones por ciclo de reloj.3 El modelo de 6 MHz operaba a 0,9 MIPS, el de 10 MHz a 1,5 MIPS, y el de 12 MHz a 1,8 MIPS.4
Diseño El rendimiento del 80286 por ciclo de reloj es más del doble que el de sus predecesores, el Intel 8086 y el Intel 8088. De hecho, el aumento del rendimiento por ciclo de reloj puede ser el mayor entre las diferentes generaciones de procesadores x86. El cálculo de los modos de direccionamiento más complejos (como base + índice) utilizaba menos ciclos de reloj porque era realizado por un circuito especial en el 286; el 8086 tenía que realizar el cálculo de la dirección efectiva en la ALU general, lo cual tomaba muchos ciclos. Además, las operaciones
matemáticas complejas (como MUL/DIV) tomaban menos ciclos que en el 8086. Al tener un bus de direcciones de 24 bits, es capaz de direccionar hasta 16 MiB de memoria RAM, mientras que el 8086 solo puede direccionar 1 MiB. Aunque el MS-DOS puede utilizar la RAM adicional (memoria extendida) mediante una llamada a la BIOS INT 15h, AH=87h, o como disco RAM o mediante emulación de memoria expandida habiendo habilitado previamente mediante software la memoria extendida, el costo de la memoria y la rareza de software que utilizara la memoria extendida significó que pocos ordenadores basados en el i286 tuvieron más de 1 MiB de memoria. Adicionalmente, había una reducción de rendimiento involucrada al acceder la memoria extendida desde el modo real, como se indica a abajo. El i286 fue diseñado para correr aplicaciones multitarea, incluyendo comunicaciones (como PBX automatizadas), control de procesos en tiempo real y sistemas multiusuario. El último nivel E-stepping del 80286 fue un muy limpio CPU, libre de varios errores significativos que causaron problemas para los programadores y los escritores de sistemas operativos en los primeros CPU B-step y C-step (comunes en los AT y los clones AT).
El Intel 80386 (i386, 386) es un microprocesador CISC con arquitectura x86. Durante su diseño se lo llamó 'P3', debido a que era el prototipo de latercera generación x86. El i386 fue empleado como la unidad central de proceso de muchos ordenadores personales desde mediados de los años 80 hasta principios de los 90. Fabricado y diseñado por Intel, el procesador i386 fue lanzado al mercado el 16 de octubre de 1985. Intel estuvo en contra de fabricarlo antes de esa fecha debido a que los costes de producción lo hubieran hecho poco rentable. Los primeros procesadores fueron enviados a los clientes en 1986. Del mismo modo, las placas base para ordenadores basados en el i386 eran al principio muy elaboradas y caras, pero con el tiempo su diseño se racionalizó. En mayo de 2006 Intel anunció que la fabricación del 386 finalizaría a finales de septiembre de 2007.1 Aunque ha quedado obsoleto como CPU deordenador personal, Intel ha seguido fabricando el chip para sistemas embebidos y tecnología aeroespacial.
Arquitectura El procesador i386 fue una evolución importante en el mundo de la línea de procesadores que se remonta al Intel 8008. El predecesor del i386 fue el Intel 80286, un procesador de 16 bits con un sistema de memoria segmentada. El i386 añadió una arquitectura de 32 bits y una unidad de traslación de páginas, lo que hizo mucho más sencillo implementar sistemas operativos que emplearan memoria virtual. Intel introdujo posteriormente el i486, pero ni éste ni sus sucesores han introducido tantos cambios en la arquitectura x86 como el i386 con su sistema de direccionamiento plano de 32 bits. Otros microprocesadores, como el Motorola 68000 tenían direccionamiento plano desde mucho antes.
La mayoría de las aplicaciones diseñadas para ordenadores personales con un procesador i486 posterior al i386 funcionarán en un i386, debido a que los cambios del conjunto de instrucciones desde el i386 ha sido mínimo. Además el uso de las nuevas instrucciones puede ser evitado fácilmente. Adaptar un programa para el i286 es mucho más difícil. Debido al alto grado de compatibilidad, la arquitectura del conjunto de procesadores compatibles con el i386 suele ser llamada arquitectura i386. El conjunto de instrucciones para dicha arquitectura se conoce actualmente como IA-32.
80386SX Después de que comenzara la producción del 80386, Intel introdujo el Intel 80386SX. El i386SX fue diseñado como una versión económica del i386 para competir con la versión del 286 producida por AMD, (el Am286). Los i386SX, como todos los i386, tienen una arquitectura de 32 bits, pero se comunican con el exterior mediante un bus externo de 16 bits (una situación parecida a la del Intel 8086 y el Intel 8088 en los primeros PC), y tiene un bus de direcciones de 24 bits, por lo que sólo puede direccionar 16 MiB. Esto hace que sean el doble de lentos al acceder al exterior, pero por el contrario el diseño de los circuitos auxiliares del microprocesador es mucho más sencillo. El i386 original fue renombrado a Intel 80386DX para evitar la confusión. Además, aprovechando el diseño del i386SX, Intel sacó al mercado una versión del i386SX llamada SX Now! que era compatible pin a pin con el i286, haciendo que los poseedores de ordenadores con el i286 pudieran actualizarse al i386SX sin cambiar de placa base.