Historia de los Procesadores de INTEL primera parte

Intel comienza con el 4004

El primer microprocesador vendido por Intel fue el 4004 de cuatro bits en 1971. Fue diseñado para funcionar junto con otros tres microchips, la ROM 4001, la RAM 4002 y el Registro de cambios 4003. Mientras que el 4004 realizó cálculos, esos otros componentes fueron críticos para hacer realidad la función del procesador. El 4004 se usó principalmente dentro de calculadoras y dispositivos similares, y no fue diseñado para usarse dentro de computadoras. Su velocidad máxima de reloj fue de 740 kHz.

El 4004 fue seguido por un procesador similar conocido como el 4040, que fue esencialmente una variación mejorada del 4004 con un conjunto de instrucciones extendidas y un mayor rendimiento.

Procesadores Intel 8008 y 8080

El 4004 se hizo famoso para Intel en el negocio de los microprocesadores y, para aprovechar la situación, Intel presentó una nueva línea de procesadores de ocho bits. El 8008 llegó primero en 1972, seguido del 8080 en 1974 y el 8085 en 1975. Aunque el 8008 fue el primer procesador de ocho bits producido por Intel, no es tan notable como su predecesor o sucesor, el 8080. más rápido que el 4004 gracias a su capacidad para procesar datos en fragmentos de ocho bits, pero se registró de manera bastante conservadora entre 200 y 800 kHz, y el rendimiento del 8008 simplemente no atrajo a muchos desarrolladores de sistemas. El 8008 utiliza tecnología de transistor de 10 micrómetros.

El 8080 de Intel fue mucho más exitoso. Se expandió en el diseño del 8008 agregando nuevas instrucciones y haciendo la transición a transistores de seis micrómetros. Esto permitió a Intel más del doble de las velocidades de reloj, y los chips 8080 de más alto rendimiento en 1974 llegaron a 2 MHz. El 8080 se usó en innumerables dispositivos, lo que llevó a varios desarrolladores de software, como el recientemente formado Microsoft, a centrarse en el software para los procesadores de Intel.

Finalmente, cuando se lanzó el 8086, se convirtió en una fuente compatible con el 8080 para mantener la compatibilidad hacia atrás con este software. Como resultado, los 8080 y los elementos de hardware clave han estado presentes dentro de todos los procesadores basados ​​en x86 jamás producidos, y el software 8080 técnicamente aún puede ejecutarse en cualquier procesador x86.

El 8085 era esencialmente una variante menos costosa y de mayor reloj del 8080, que fue muy exitosa y menos influyente.

8086: El principio de x86

El primer procesador de 16 bits de Intel fue el 8086, lo que ayudó a mejorar el rendimiento considerablemente en comparación con los diseños anteriores. No solo fue cronometrado más alto que el 8088 orientado al presupuesto, sino que también empleó un bus de datos externo de 16 bits y una cola de captación previa de seis bytes más larga. También podía ejecutar tareas de 16 bits (aunque la mayoría del software en este momento estaba diseñado para procesadores de ocho bits). El bus de direcciones se extendió a 20 bits, lo que permitió al 8086 acceder a hasta 1 MB de memoria y, por lo tanto, aumentar el rendimiento.

El 8086 también se convirtió en el primer procesador x86, y usó la primera revisión de la ISA x86, en la que se han basado casi todos los procesadores creados por AMD o Intel desde la introducción del 8086.

Intel también produjo el 8088 alrededor del mismo tiempo. Este procesador se basó en el 8086, pero con la mitad de líneas de datos y una cola de captación previa de cuatro bytes. Esto causó una pérdida de equilibrio, ya que el bus más estrecho se cortó en la tasa de obtención de instrucciones, lo que obligó a la unidad de ejecución de Intel a estar inactiva la mayor parte del tiempo. Todavía tenía acceso a hasta 1 MB de RAM y funcionaba a frecuencias más altas que los procesadores anteriores; sin embargo, fue un poco más lento que el 8086.

Procesadores 80186 y 80188

Intel siguió al 8086 con varios otros procesadores, todos los cuales utilizaban una arquitectura similar de 16 bits. El primero fue 80186, destinado a aplicaciones integradas. Para facilitar esto, Intel integró varias piezas de hardware que normalmente se encuentran en la placa base en la CPU, incluido el generador de reloj, el controlador de interrupción y el temporizador. Como efecto secundario, ciertas instrucciones se ejecutaron notablemente más rápido en 80186 que en 8086, incluso a la misma velocidad de reloj. Pero, por supuesto, Intel naturalmente aumentó la frecuencia de la CPU con el tiempo para mejorar aún más el rendimiento.

El 80188, orientado al presupuesto, contenía de manera similar varias piezas de hardware integradas en el procesador. Pero al igual que el 8088, su bus de datos se redujo a la mitad.

80286: Más memoria, más rendimiento

El 80286 se lanzó el mismo año que el 80186 y tenía características casi idénticas, pero extendió el bus de direcciones a 24 bits, lo que permitió al procesador acceder a hasta 16 MB de memoria.

Procesador iAPX 432

El iAPX 432 fue un primer intento de Intel para apartarse de su cartera x86 en favor de un diseño completamente diferente. Intel esperaba que iAPX 432 fuera varias veces más rápido que sus otras ofertas. El procesador finalmente falló, sin embargo, debido a algunas fallas de diseño importantes. Aunque los procesadores x86 son relativamente complejos, el iAPx 432 llevó a CISC a un nuevo nivel de complejidad. El diseño del hardware era bastante grande, lo que obligó a Intel a crearlo a partir de dos matrices separadas. El procesador también estaba bastante hambriento de datos y no funcionó bien sin una gran cantidad de ancho de banda. El iAPX 432 logró superar a los 8080 y 8086, pero fue superado rápidamente por los nuevos productos x86, y finalmente se abandonó.

i960: el primer RISC de Intel

Intel creó su primer procesador RISC en 1984. No fue diseñado como un competidor directo de los procesadores x86 de la compañía porque estaba pensado como una solución integrada segura. Internamente, se trataba de una arquitectura superscalar de 32 bits que utilizaba los conceptos de diseño de Berkeley RISC. Los primeros procesadores i960 tenían una velocidad de reloj relativamente baja, con el modelo más lento a 10 MHz, pero con los años se mejoró y se hizo la transición a fabs más pequeños que le permitieron alcanzar hasta 100 MHz. También soporta 4GB de memoria protegida.

El i960 fue ampliamente utilizado dentro de los sistemas militares, así como en los sistemas de negocios.

80386: Turnos x86 de 32 bits

El primer procesador Intel x86 de 32 bits de Intel fue el 80386, lanzado en 1985. Una ventaja clave que tuvo este procesador fue su bus de direcciones de 32 bits que le permitió admitir hasta 4 GB de memoria del sistema. Aunque esto era mucho más de lo que cualquiera estaba usando en ese momento, las limitaciones de RAM a menudo afectan el rendimiento de los procesadores x86 anteriores y de la competencia. A diferencia de las CPU modernas, cuando se lanzó el 80386, más RAM casi siempre se traduce en un aumento del rendimiento. Intel también implementó varias mejoras arquitectónicas que ayudaron a elevar el rendimiento por encima del 80286, incluso cuando ambos sistemas usaban la misma cantidad de RAM. También admitió el procesamiento en modo virtual, lo que incrementó el soporte multitarea.

Para segmentar su línea de productos con una oferta más económica, Intel también presentó el 80386SX. Este procesador era casi idéntico al 80386; todavía empleó una arquitectura de 32 bits, pero la mitad de su bus de datos se redujo a 16 bits para ahorrar costos.

Procesador i860

En 1989, Intel hizo otro intento de alejarse de sus procesadores x86. Creó una nueva CPU RISC conocida como i860. A diferencia del i960 anterior, esta CPU fue diseñada para ser un modelo de alto rendimiento para competir en el mercado de las computadoras de escritorio, pero el diseño resultó problemático. Su falla más significativa fue que el rendimiento del procesador se basó totalmente en el compilador para colocar las instrucciones en el orden en que necesitarían ejecutarse cuando se creó el software por primera vez. Esto ayudó a Intel a mantener el tamaño del troquel y la complejidad general del i860 hacia abajo, pero fue casi imposible enumerar correctamente todas las instrucciones de principio a fin al compilar el programa. Esto hizo que la CPU se detuviera constantemente mientras intentaba solucionar el problema.

80486: Integración de la FPU

El 80486 de Intel fue otro paso significativo en términos de rendimiento. La clave de su éxito fue una mayor integración de los componentes en la CPU. El 80486 fue la primera CPU x86 que contenía caché L1. Los primeros modelos 80486 llegaron con 8KB en la matriz y se grabaron en un proceso de 1000 nm. Pero a medida que el diseño pasó a 600 nm, el tamaño del caché L1 se duplicó a 16 KB.

Intel también incorporó la FPU en la CPU, que hasta ese momento había sido una unidad de procesamiento funcional independiente. Al mover estas piezas de hardware en el procesador host, la latencia entre ellos se redujo drásticamente. El 80486 también usó una interfaz FSB más rápida para aumentar el ancho de banda, y el núcleo tenía varios otros ajustes para aumentar el IPC. Estos cambios aumentaron significativamente el rendimiento del 80486, y los modelos de gama alta fueron varias veces más rápidos que el 80386 anterior.

Los primeros procesadores Intel 80486 alcanzaron los 50 MHz, y los modelos posteriores que utilizaron el proceso mejorado de 600 nm alcanzaron los 100 MHz. Para dirigirse a los usuarios orientados al presupuesto, Intel también lanzó una versión del 80486 conocida como 80486SX, que tenía el FPU desactivado.

P5: El primer Pentium

El Pentium surgió en 1993 como el primer procesador Intel x86 que no seguía el sistema numérico 80×86. Internamente, el Pentium utilizó la arquitectura P5, que fue el primer diseño superscalar x86 de Intel. Aunque el Pentium fue generalmente más rápido que el 80486 en todos los sentidos, su característica más destacada fue una FPU sustancialmente mejorada. El FPU original del Pentium era diez veces más rápido que la unidad de envejecimiento del 80486. Esto se convirtió en una característica aún más significativa en los años posteriores cuando Intel lanzó el Pentium MMX. Este procesador fue arquitectónicamente igual al Pentium original, pero contó con soporte para el nuevo conjunto de instrucciones MMX SIMD de Intel que podría aumentar drásticamente el rendimiento.

Intel también aumentó el tamaño del caché L1 en sus procesadores Intel Pentium en relación con el 80486. Los Pentium iniciales contenían 16KB, mientras que el Pentium MMX subió a 32KB. Naturalmente, estos procesadores también funcionaron a velocidades de reloj más altas. Los primeros procesadores Pentium utilizaron transistores de 800 nm y podían alcanzar solo 60 MHz, pero las revisiones posteriores pasaron al proceso de 250 nm de Intel y elevaron las frecuencias hasta 300 MHz.

P6: El Pentium Pro

Intel planeó seguir rápidamente al Pentium con el Pentium Pro basado en su arquitectura P6, pero tuvo dificultades técnicas. El Pentium Pro fue considerablemente más rápido que el Pentium en operaciones de 32 bits gracias a su diseño fuera de orden (OoO). Presentaba una arquitectura interna significativamente rediseñada que decodificaba instrucciones en microoperaciones, que luego se ejecutaban en unidades de ejecución de propósito general. También utilizó una tubería de 14 etapas significativamente extendida debido al hardware de decodificación adicional.

Como los primeros procesadores Intel Pentium Pro se dirigieron al mercado de servidores, Intel extendió nuevamente el bus de direcciones a 36 bits y agregó su tecnología PAE que le permitía admitir hasta 64 GB de RAM. Esto era mucho más que lo que los usuarios promedio necesitaban, pero ser capaz de soportar mayores cantidades de RAM era clave para los clientes del servidor de Intel.

El sistema de caché del procesador también fue reelaborado. El caché L1 se limitó a dos cachés de 8KB segmentados, uno para instrucciones y otro para datos. Para compensar el déficit de 16KB en comparación con el Pentium MMX, Intel colocó entre 256KB y 1MB de caché L2 en un chip separado adjunto al paquete de la CPU. Se conectó a la CPU utilizando un bus posterior (BSB).

Intel inicialmente planeó llevar el Pentium Pro también a los consumidores, pero finalmente lo limitó como un producto de servidor. El Pentium Pro presentó varias características revolucionarias, pero luchó contra el Pentium y el Pentium MMX en términos de rendimiento. Las dos partes más antiguas de Pentium fueron significativamente más rápidas en las operaciones de 16 bits, y el software de 16 bits todavía se usaba mucho en ese entonces. El procesador también carecía de soporte para el conjunto de instrucciones MMX, lo que dio como resultado que Pentium MMX supera al Pentium Pro en un software optimizado para MMX.

Los procesadores Intel Pentium Pro pudo haber tenido una oportunidad en el mercado de consumo, pero también fue bastante caro de producir debido al chip separado que contiene el caché L2. El procesador Pentium Pro más veloz funcionó a 200 MHz y fue diseñado con transistores que oscilan entre 500 y 350 nm.

P6: Pentium II

Intel no se rindió con la arquitectura P6, sino que esperó hasta 1997 cuando lanzó el Pentium II. El Pentium II logró superar casi todos los aspectos negativos del Pentium Pro. Su arquitectura subyacente era similar a la del Pentium Pro, y continuó utilizando un canal de 14 etapas con varias mejoras en el núcleo para mejorar el IPC. El L1 creció a 16KB datos + 16KB cachés de instrucciones.

Intel también se trasladó a chips de caché más asequibles conectados a un paquete de silicona más grande para reducir los costos de producción. Esta era una forma efectiva de hacer que el Pentium II fuera menos costoso, pero estos módulos de memoria no podían funcionar a la velocidad máxima de la CPU. En cambio, la memoria caché L2 se ejecutaba a media frecuencia, y en estos primeros procesadores era suficiente para aumentar el rendimiento.

Intel también agregó soporte para el conjunto de instrucciones MMX. Los núcleos de CPU utilizados dentro de Pentium II, cuyo nombre en código fue «Klamath» y «Deschutes», también se vendieron como productos Xeon y Pentium II Overdrive para servidores. Los modelos de mayor rendimiento contenían 512 KB de caché L2 y se ejecutaron a 450 MHz.

P6: Pentium III y la carrera a 1 GHz

Intel planeaba hacer un seguimiento del Pentium II con un procesador basado en su arquitectura Netburst, pero no estaba del todo listo. En cambio, Intel sacó la arquitectura P6 nuevamente como Pentium III.

El primero de estos procesadores Intel, cuyo nombre en código era «Katmai», era bastante similar al Pentium II en que usaba un cartucho ranurado que contenía caché L2 de menor calidad a la mitad de la velocidad de la CPU. La arquitectura subyacente incorporó otros cambios significativos, ya que varias partes de la tubería de 14 etapas se fusionaron, acortándola a 10 etapas. Gracias a la actualización de la tubería y al aumento de la velocidad del reloj, el primero de los procesadores Pentium III normalmente superó a sus homólogos de Pentium II por un pequeño margen.

Katmai fue producido utilizando transistores de 250nm. Sin embargo, después de pasar a un proceso de fabricación de 180 nm, Intel pudo aumentar significativamente el rendimiento del Pentium III. Esta implementación actualizada, cuyo nombre en código fue «Coppermine», movió el caché L2 a la CPU y redujo su capacidad a la mitad (hasta 256 KB). Pero debido a que fue capaz de ejecutarse a la frecuencia del procesador, el rendimiento aún se disparó.

Coppermine fue el competidor de Intel para el Athlon de AMD en la carrera por romper 1 GHz, lo que logró. Intel intentó producir un modelo de 1.13 GHz , pero finalmente fue retirado del mercado después de que la investigación del Dr. Tom Pabst de Tom’s Hardware descubrió que era inestable. Esto dejó al modelo de 1 GHz el Pentium III basado en Coppermine más rápido.

El último de los núcleos de Pentium III fue nombrado «Tualatin». Se movió a un proceso de 130 nm que facilitó velocidades de reloj de hasta 1.4 GHz. También aumentó la memoria caché L2 a 512KB, lo que ayudó a mejorar el rendimiento en cierta medida.

P5 Y P6: Celeron Y Xeon

Alrededor del lanzamiento del Pentium II, Intel también presentó sus líneas de productos Celeron y Xeon. Estos productos utilizaron el mismo núcleo que el Pentium II o el Pentium III, pero con cantidades variables de caché. Los primeros procesadores Intel de la marca Celeron basados ​​en el Pentium II no tenían ningún caché L2, lo que resultó en un desempeño horrible. Los modelos posteriores basados ​​en el Pentium III tenían la mitad del caché L2 deshabilitado en comparación con sus contrapartes Pentium III. Esto resultó en procesadores Intel Celeron que utilizaron el núcleo Coppermine que contenía solo 128 KB de caché L2; Los modelos posteriores basados ​​en Tualatin aumentaron esto a 256KB.

Estos derivados de medio caché se conocieron como Coppermine-128 y Tualatin-256. Intel los vendió a una velocidad de reloj comparable a la del Pentium III, lo que les permitió un buen desempeño y los hizo altamente competitivos contra los procesadores Duron de AMD. Microsoft usó uno de los procesadores Intel Celeron Coppermine-128 con una velocidad de 733 MHz como la CPU dentro de su consola de juegos Xbox.

Los primeros procesadores Xeon eran similares, pero contenían más caché L2. Los procesadores Intel Xeon basados ​​en Pentium II contenían al menos 512 KB, al igual que las CPU Pentium II, mientras que los modelos de gama alta podrían tener hasta 2 MB.

Netburst: Pentium 4 Willamette Y Northwood

En el año 2000, la arquitectura Netburst de Intel finalmente estuvo lista, y entró en producción como el Pentium 4. La combinación llevaría las CPU de gama alta de Intel durante los próximos seis años. La primera implementación se llamó «Willamette», que llevó a Netburst y al Pentium 4 a lo largo de los dos primeros años de su vida. Este fue un momento problemático para Intel, sin embargo, y el chip tuvo dificultades para superar al Pentium III. Netburst permitió frecuencias significativamente más altas, y Willamette logró llegar a 2 GHz, pero el Pentium III a 1.4 GHz fue aún más rápido en algunas tareas. Los procesadores Athlon de AMD disfrutaron de un desempeño saludable durante este período.

El problema con Willamette fue que Intel extendió la tubería a 20 etapas y planeó alcanzar velocidades de reloj aún mayores a 2 GHz, pero debido al consumo de energía y los problemas de calor, no pudo alcanzar esos objetivos. La situación mejoró con el diseño de 130 nm de Intel conocido como «Northwood», que se amplió a 3,2 GHz y duplicó el caché L2 de 256 KB a 512 KB. El consumo de energía de Netburst y los problemas de calor persistieron. Sin embargo, Northwood, sin embargo, tuvo un desempeño significativamente mejor y fue altamente competitivo contra AMD.

En los modelos de gama alta, Intel también introdujo su tecnología Hyper-Threading para mejorar la utilización de recursos en entornos que enfatizan la multitarea. Hyper-Threading no fue tan beneficioso en Northwood como en los procesadores Core i7 actuales,

Willamette y Northwood también se lanzaron dentro de las CPU de las marcas Celeron y Xeon. Al igual que con la generación anterior de productos basados ​​en Celeron y Xeon, Intel aumentó o redujo el tamaño del caché L2 para distinguir su rendimiento.

Si te ha interesado puedes ir a la segunda parte aquí.

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