ARQUITECTURA DE ORDENADORES: DESDE VON NEWMAN HASTA SKYLAKE

ARQUITECTURA DE ORDENADORES: DESDE VON NEUWMANN HASTA SKYLAKE

La arquitectura Von Neumann, también conocida como modelo de Von Neumann o arquitectura Princeton, es una arquitectura de computadoras basada en la descrita en 1945 por el matemático y físico John von Neuman y otros, en el primer borrador de un informe sobre el EDVAC. Este describe una arquitectura de diseño para un computador digital electrónico con partes que constan de una unidad de procesamiento que contiene una unidad aritmético lógica y registros del procesador, unaunidad de control que contiene un registro de instrucciones y uncontador de programa, una memoria para almacenar tanto datos como instrucciones, almacenamiento masivo externo, y mecanismos de entrada y salida.^1 2 El significado ha evolucionado hasta ser cualquier computador de programa almacenado en el cual no pueden ocurrir una extracción de instrucción y una operación de datos al mismo tiempo, ya que comparten un bus en común. Esto se conoce como el cuello de botella Von Neumann y muchas veces limita el rendimiento del sistema.

AVANCES EN EL MICROPROCESADOR

EL microprocesador, es el cerebro del PC, la parte más importante de éste. Entre sus tareas están la ejecución de las aplicaciones(incluyendo el kernel y los módulos del sistema oprativo) y la coordinación de los diferentes dispositivos que componen el equipo, como memoria, chipset etc. Físicamente se ve como una pequeña pastilla de silicio la cual está recubierta de lo que llamamos encapsulado, donde se distingue un área del tamaño de una uña conocido como DIN(Área que contiene al procesador en sí). 

Los procesadores van insertados en la placa base sobre un conector llamado socket, aunque en un laptop o portátil lo normal es que se suelde directamente en la placa. 

El microprocesador surgió de la evolución de distintas tecnologías predecesoras, básicamente de la computación y de la tecnología de semiconductores.En los años 1950, aparecieron las primeras computadoras digitales de propósito general. Se fabricaron utilizando tubos al vacío o bulbos como componentes electrónicos activos. Módulos de tubos al vacío componían circuitos lógicos básicos, tales como compuertas y flip-flops.Para la construcción de un circuito sumador simple se requiere de algunas compuertas lógicas. La construcción de una computadora digital precisa numerosos circuitos o dispositivos electrónicos. Un paso trascendental en el diseño de la computadora fue hacer que el dato fuera almacenado en memoria. Y la idea de almacenar programas en memoria para luego ejecutarlo fue también de fundamental importancia (Arquitectura de von Neumann).A principios de la década de 1960, el estado de arte en la construcción de computadoras de estado sólido sufrió un notable avance; surgieron las tecnologías en circuitos digitales como: RTL (Lógica Transistor Resistor), DTL (Lógica Transistor Diodo), TTL (Lógica Transistor Transistor), ECL (Lógica Complementada Emisor).A finales de los años 1960 y principios de los 70 surgieron los sistemas a alta escala de integración o LSI. La tecnología LSI fue haciendo posible incrementar la cantidad de componentes en los circuitos integrados. Sin embargo, pocos circuitos LSI fueron producidos, los dispositivos de memoria eran un buen ejemplo.

• El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora y resultó revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores, era un microprocesador de arquitectura de 4 bits que podía realizar hasta 60.000 operaciones por segundo trabajando a una frecuencia de reloj de alrededor de 700kHz.

• El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado a mediados de 1972 para su uso en terminales informáticos. El Intel 8008 integraba 3300 transistores y podía procesar a frecuencias máximas de 800 kHz.

• El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo trabajando a alrededor de 2 MHz.

• El microprocesador DEC Alpha se lanzó al mercado en 1992, corriendo a 200 MHz en su primera versión, en tanto que el Intel Pentium surgió en 1993 con una frecuencia de trabajo de 66 MHz
• Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores, trabajan en arquitecturas de 64 bits, integran más de 700 millones de transistores, como es en el caso de las serie Core i7, y pueden operar a frecuencias normales algo superiores a los 3 GHz (3000 MHz).

                      

   Núcleos en los microprocesadores

Al contar con un procesador multinúcleo, el sistema operativo puede ejecutar varias tareas a la vez, ya que se reparte el trabajo entre cada uno de los núcleos. Así, un núcleo puede estar ocupado al 100% con procesos complejos, mientras que el resto queda libre para los diferentes requerimientos del sistema. 

Innovaciones que presentan los nuevos procesadores

La segunda generación de Intel Core incluirá una versión mejorada de la tecnología Intel Turbo Boost. Gracias a ella, se traslada o redistribuye automáticamente los núcleos y las capacidades gráficas del procesador para acelerar el rendimiento, personalizando la carga de trabajo. De este modo, consigue que el usuario aprecie un incremento inmediato del rendimiento cuando lo necesite.

Según han explicado desde Intel, "las capacidades gráficas del nuevo procesador ofrecen unas prestaciones visuales mejoradas centradas en las áreas donde los usuarios utilizan más la informática: vídeo HD, 3D, videojuegos, multitarea, redes sociales, etc".

Skylake

Finalmente hemos llegado a Skylake que  es el nombre en clave para la Microarquitectura de Microprocesador desarrollada por Intel como sucesora de la microarquitectura Broadwell, que fue lanzado en agosto 2015. Skylake es un rediseño microarquitectura utilizando una tecnología de proceso ya existente, que actúa como un "tock" en el modelo de fabricación y diseño "tick-tock" de Intel. Según Intel, el nuevo diseño aporta mayor rendimiento de la CPU, la GPU y el consumo de energía reducido. Skylake utiliza el mismo proceso de fabricación de 14 nm como Broadwell.