1. Introducción
El microprocesadores uno de los logros más sobresalientes del siglo XX. Esas son palabras atrevidas, y hace un cuarto de siglo tal afirmación habría parecido absurda. Pero cada año, el microprocesador se acerca más al centro de nuestras vidas, forjándose un sitio en el núcleo de una máquina tras otra. Su presencia ha comenzado a cambiar la forma en que percibimos el mundo e incluso a nosotros mismos. Cada vez se hace más difícil pasar por alto el microprocesador como otro simple producto en una larga línea de innovaciones tecnológicas.
Ninguna otra invención en la historia se ha diseminado tan aprisa por todo el mundo o ha tocado tan profundamente tantos aspectos de la existencia humana. Hoy existen casi 15,000 millones de microchips de alguna clase en uso (el equivalente de dos computadoras poderosas para cada hombre, mujer y niño del planeta). De cara a esa realidad, ¿quién puede dudar que el microprocesador no sólo está transformando los productosque usamos, sino también nuestra forma de vivir y, por último, la forma en que percibimos la realidad?
No obstante que reconocemos la penetración del microprocesador en nuestras vidas, ya estamos creciendo indiferentes a la presencia de esos miles de máquinasdiminutas que nos encontramos sin saberlo todos los días. Así que, antes de que se integre de manera demasiado imperceptible en nuestra diaria existencia, es el momento de celebrar al microprocesador y la revoluciónque ha originado, para apreciar el milagro que es en realidad cada uno de esos chips de silicio diminutos y meditar acerca de su significado para nuestras vidas y las de nuestros descendientes.
2. ¿Que es un microprocesador?
El microprocesador es la parte de la computadora diseñada para llevar acabo o ejecutar los programas. Este viene siendo el cerebro de la computadora, el motor, el corazónde esta máquina. Este ejecuta instrucciones que se le dan a la computadora a muy bajo nivel haciendo operacioneslógicas simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir. El microprocesador, o simplemente el micro, es el cerebro del ordenador. Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles (o millones) de elementos llamados transistores, cuya combinación permite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip.
3. El Microprocesador
El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. Consiguientemente, la historia de la computadora digital nos ayudará a entender el microprocesador.
El microprocesador hizo posible la manufacturade poderosas calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central ( CPU) de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos.
En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes:
El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base.
La memoria cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que prediciblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM reduciendo el tiempo de espera. Por ejemplo: en una biblioteca, en lugar de estar buscando cierto libro a través de un banco de ficheros de papel se utiliza las computadora, y gracias a la memoria cache, obtiene de manera rápida la información. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada cache interna de primer nivel o L1; es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Pentium III Coppermine, Athlon Thunderbird, etc.) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande aunque algo menos rápida, la caché de segundo nivel o L2.
Coprocesador Matemático: o correctamente la FPU (Unidad de coma flotante). Que es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del micro en otro chip. Esta parte esta considerada como una parte "lógica" junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
Los registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupode registros esta diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que CPU los utiliza en algunas operaciones en total son treinta y dos registros.
La memoria: es el lugar donde el procesador encuentra sus instrucciones de programa y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador los toma de ahí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de trabajo para el procesador.
Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es parecido a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un número de puerto que el procesador utiliza como un numero de teléfono para llamar al circuito o a partes especiales.
Existen características fundamentales que son esenciales para identificar un microprocesador, a parte del nombre que se le dan y marcao compañía por la que fue fabricada. Los cuales son:
Su ancho de bus (medido en bits).
La velocidad con que trabajan (medida en hertzios): existen dos tipo de velocidades de los micros hoy en día, velocidad interna la velocidad a la que funciona el micro internamente (200, 333, 450... MHz); y velocidad externa o del bus o también "velocidad del FSB"; la velocidad a la que se comunican el micro y la placa base, para poder abaratar el precio de ésta. Típicamente, 33, 60, 66, 100 ó 133 MHz.
Pasos Para La Elaboración De Un Microprocesador
Para la elaboración de un microprocesador este tiene que ser elaborado bajo un extremo cuidado para que ninguna partícula de alguna clase afecte su elaboración.
Los pasos son:
1) Hace usa del CAD. Para diseñar la estructura del chip y crear la lógica de cada circuito. Aunque un chip puede contener hasta treinta capas, por lo general hay de 10 a 20 capas tramadas de diversos materiales; cada capa cumple un propósito diferente. En el diseño de circuitos de varias capas, cada una tiene una clave de colorpara que el diseñador pueda distinguirlas.
2) Creación de la plantilla. El dibujo computarizado del diseñador del producto se convierte en una plantilla o retícula, que consiste en una placa de vidrio o de cuarzo con un material opaco (como el cromo) formado para crear el diseño. El numero de capas depende de la complejidad de la lógica del chip. Cuando se combinan todas ellas crean los millones de transistores y circuitos que componen la arquitectura del micro.
3) Creación de los cilindros del silicio. El silicio derretido se vierte en moldes redondos. Ya que el silicio la segunda sustancia mas abundante se usa en la fabricación de circuitos integrados. Al silicio también se le llama granos de arena inteligente.
4) Como se cortan las obleas de silicio. Al cilindro del silicio se le da forma y se la prepara antes de rebanarlo en obleas después las mismas se pulen y se les dan un acabado perfecto.
5) Vestido de conejos. Para mantener limpio el ambiente, los trabajadores usan trajes ajustados Gor-tex. Para ponerse estos trajes se siguen procedimientos de 100 pasos.
6) La casa se mantiene limpia. De todos los poros del techo de la planta fabricante fluye aire limpio que luego pasa a través de agujeros en el suelo, hacía un sistema de filtración. Una habitación normal contiene unos 15 millones de partículas de polvo por pie cúbico, pero una habitación limpia, hay menos de una partícula por pie cúbico. Todo el aire del cuarto limpio se remplaza siete veces por minuto.
Algunas partes del proceso de fabricar los micro se realizan con luzamarilla, debido a que las obleas están revestidas con un material fotosensible llamado fotoresist antes de imprimir el siguiente diseño en la superficie de la oblea de silicio.
7) Las obleas se revisten. Las obleas de silicio que después contendrán varios tipos de chips se colocan en un horno de oxigeno a 1250º c. En este horno, cada oblea se reviste con otros mineralespara crear las propiedades físicas necesarias para producir los transistores y los interruptores en su superficie.
8) Como se graban las obleas. En la superficie de la oblea se coloca el fotoresist lo que crea una película que aceptara la imagendiseñada. Sobre la oblea se coloca la plantilla y ambas se colocan en luz ultravioleta. De esta forma, el trazo de los circuitos se transfiere a la oblea. Después se revela el fotoresist, eliminando por lavado las partes no deseadas y dejando en la oblea la trama trasferida. Se usa tecnología de plasma( gases supercalientes) para grabar permanentemente la imagen de los circuitos en la oblea. Esta es una de las técnicas empleadas en el proceso de grabación. La oblea regresa al horno para recibir otro revestimiento, en el cual se grabará otra capa de circuitos. Esto se repite por cada capa hasta que la oblea este terminada.
9) El control de las obleas. A lo largo de todo el proceso de manufactura se controla las obleas en ciertas etapas de la fabricación se mide las capas para determinar su altura y estructura química. Con estas mediciones se evalúa la medición del proceso y se facilitan las modificaciones de procedimiento en tiempo real.
10) Las obleas se perforan. Este instrumento requiere solo un segundo para perforar 1440 diminutos agujeros. Estos agujeros permiten la interconexión de las capas de los circuitos. Cada capa debe estar perfectamente alineada(en rangos de diez milésimas de milímetros con las otras).
11) Las obleas grabadas se remueven. El resultado del proceso de revestimiento y grabación de una oblea de silicio que contiene de 100 a 400 circuitos integrados, cada uno de los cuales están formados por millones de transistores.
12) Las obleas se montan. Cada oblea se monta en al vacío en una cinta de película de lente con marco de metal. La oblea de marco de metal se coloca cerca de la cinta; después las tres partes se cámara se cargan en una cámara de vacío. El vacío hace que se desplace suavemente hacía la parte tercera del marco de metal.
13) Corte de obleas. Con una sierra de borde de diamante del grueso de un cabello se separa la oblea en cada procesador individual conocido como dado. El residuo de agua mantiene baja la temperatura de la superficie, después del corte, las obleas se lavan con agua a alta presión en algunas ocasiones se usan láseres especiales para cortar la oblea.
14) El dado se adhiere. cada dado se adhiere a una sustancia epoxica de plata del área central de un marco de plomo con terminales. El dado se separa de la cinta mediante la cinta mediante agujas que salen de abajo para empujarlo, mientras una punta al vacío lo levanta desde arriba. Después, los marcos de plomo se calientan en un horno para que cure el epoxico. El mapa de la oblea creado en prueba indica al equipo de colocación de dados qué marco colocar en el marco de plomo.
15) Empaque de los chips. Los chips están puestos encapsulados de cerámica o metal. Los encapsulados tienen conectores de pins eléctricos estándar que permiten que el chip sea conectado cómodamente en tarjetas de circuitos. Dado que los pins tienden a corroerse, los conectores son la parte mas vulnerable en un sistema de computación. Para evitar la corrosión y mala conexión de uno de ellos los pins de algunos conectores están hechos de oro.
16) Los chip se prueban. Cada chip se prueban para evaluar la funcionalidad y ver a que velocidad pueden almacenar y recuperar información. La velocidad del chip(tiempo de acceso) se mide en nano-segundos(millonésima de segundo, 1/1,000,000,000).Los requerimientos de precisión son tan grandes que se llega a encontrar defectuosa hasta la mitad de los chips. El los chips defectuosos se coloca una gota de tinta.
17) La quema. Este horno de quema efectúa pruebas de rendimiento con cada chip simulando condiciones reales de uso. Se prueba cada chip pasando la información y solicitándosela, para garantizar que recibe, almacena y envía los datos correctos.
18) Exploración. Todos los chips son analizados mediante instrumentos ópticos y/ o de láserpara descubrir cualquier curvatura o guías faltantes o mal formadas.
19) Creación de las tarjetas de circuitos. Mediante el equipo robotizado se coloca con precisión los diversos chips en la soldadura y los contactos. Las tarjetas terminadas después se calientan en el horno de reflujo, para que el plomo y la soldadura se unan fundiéndose y se fije el chip en la tarjeta de circuitos impresos.
20) Instalación de los chips. Las tarjetas de circuitos terminados se instalan en computadoras en miles de otros dispositivos controlados por computadora.
