Microprocesador

Un microprocesador es un procesador de computadora para el cual la lógica y el control del procesamiento de datos se incluyen en un solo circuito integrado (CI) o en una pequeña cantidad de CI. El microprocesador contiene los circuitos aritméticos, lógicos y de control necesarios para realizar las funciones de la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora. El CI es capaz de interpretar y ejecutar instrucciones de programa y realizar operaciones aritméticas. ^[1] El microprocesador es un circuito integrado digital multipropósito, controlado por reloj y basado en registros que acepta datos binarios como entrada, los procesa de acuerdo con las instrucciones almacenadas en su memoria y proporciona resultados (también en forma binaria) como salida. Los microprocesadores contienen tanto lógica combinacional como lógica digital secuencial , y operan con números y símbolos representados en el sistema numérico binario .

La integración de una CPU completa en uno o varios circuitos integrados mediante integración a muy gran escala (VLSI) redujo en gran medida el costo de la potencia de procesamiento. Los procesadores de circuitos integrados se producen en grandes cantidades mediante procesos de fabricación de semiconductores de óxido de metal (MOS) altamente automatizados, lo que da como resultado un precio unitario relativamente bajo . Los procesadores de un solo chip aumentan la confiabilidad porque hay menos conexiones eléctricas que pueden fallar. A medida que mejoran los diseños de microprocesadores , el costo de fabricación de un chip (con componentes más pequeños integrados en un chip semiconductor del mismo tamaño) generalmente permanece igual de acuerdo con la ley de Rock .

Antes de los microprocesadores, se construían pequeñas computadoras utilizando bastidores de placas de circuitos con muchos circuitos integrados de escala media y pequeña , típicamente de tipo TTL . Los microprocesadores combinaban esto en uno o unos pocos circuitos integrados de gran escala . Si bien existe un desacuerdo sobre a quién se le atribuye el crédito por la invención del microprocesador, el primer microprocesador disponible comercialmente fue el Intel 4004 , diseñado por Federico Faggin y presentado en 1971. ^[2]

Los continuos aumentos en la capacidad de los microprocesadores han dejado desde entonces a otras formas de computadoras casi completamente obsoletas (ver historia del hardware de computación ), y se utilizan uno o más microprocesadores en todo, desde los sistemas integrados y dispositivos portátiles más pequeños hasta los mainframes y supercomputadoras más grandes .

Un microprocesador es distinto de un microcontrolador, que incluye un sistema en un chip . ^{[3] [4]} Un microprocesador está relacionado, pero es distinto, de un procesador de señal digital , un chip de microprocesador especializado, con su arquitectura optimizada para las necesidades operativas del procesamiento de señal digital . ^{[5] : 104–107  [6]}

La complejidad de un circuito integrado está limitada por limitaciones físicas en la cantidad de transistores que se pueden colocar en un chip, la cantidad de terminaciones de paquete que pueden conectar el procesador a otras partes del sistema, la cantidad de interconexiones que es posible hacer en el chip y el calor que el chip puede disipar . El avance de la tecnología hace que sea posible fabricar chips más complejos y potentes.

Un microprocesador hipotético mínimo podría incluir solo una unidad lógica aritmética (ALU) y una sección de lógica de control . La ALU realiza sumas, restas y operaciones como AND u OR. Cada operación de la ALU establece uno o más indicadores en un registro de estado , que indican los resultados de la última operación (valor cero, número negativo, desbordamiento u otros). La lógica de control recupera códigos de instrucción de la memoria e inicia la secuencia de operaciones requeridas para que la ALU lleve a cabo la instrucción. Un solo código de operación puede afectar muchas rutas de datos individuales, registros y otros elementos del procesador.

A medida que la tecnología de circuitos integrados avanzaba, era posible fabricar procesadores cada vez más complejos en un solo chip. El tamaño de los objetos de datos se hizo mayor; permitir más transistores en un chip permitió que los tamaños de palabra aumentaran de palabras de 4 y 8 bits hasta las palabras de 64 bits actuales . Se añadieron características adicionales a la arquitectura del procesador; más registros en chip aceleraron los programas y se pudieron utilizar instrucciones complejas para hacer programas más compactos. La aritmética de punto flotante , por ejemplo, a menudo no estaba disponible en microprocesadores de 8 bits, sino que tenía que llevarse a cabo en software . La integración de la unidad de punto flotante , primero como un circuito integrado separado y luego como parte del mismo chip del microprocesador, aceleró los cálculos de punto flotante.

En ocasiones, las limitaciones físicas de los circuitos integrados hicieron que fuera necesario recurrir a prácticas como el enfoque de las porciones de bits . En lugar de procesar toda una palabra larga en un circuito integrado, varios circuitos en paralelo procesaban subconjuntos de cada palabra. Si bien esto requería lógica adicional para manejar, por ejemplo, el acarreo y el desbordamiento dentro de cada porción, el resultado fue un sistema que podía manejar, por ejemplo, palabras de 32 bits utilizando circuitos integrados con una capacidad de solo cuatro bits cada uno.

La capacidad de colocar una gran cantidad de transistores en un chip hace posible integrar la memoria en el mismo chip que el procesador. Esta memoria caché de CPU tiene la ventaja de un acceso más rápido que la memoria externa y aumenta la velocidad de procesamiento del sistema para muchas aplicaciones. La frecuencia de reloj del procesador ha aumentado más rápidamente que la velocidad de la memoria externa, por lo que la memoria caché es necesaria si no se quiere que el procesador se retrase por una memoria externa más lenta.

El diseño de algunos procesadores se ha vuelto lo suficientemente complicado como para dificultar su prueba completa , y esto ha causado problemas en los grandes proveedores de la nube. ^[7]

Un microprocesador es una entidad de procesamiento de propósito general. A continuación se han creado varios dispositivos de procesamiento especializados:

• Un procesador de señal digital (DSP) está especializado en el procesamiento de señales .
• Las unidades de procesamiento gráfico (GPU) son procesadores diseñados principalmente para la representación de imágenes en tiempo real.
• Existen otras unidades especializadas para el procesamiento de vídeo y la visión artificial (véase: Aceleración de hardware ).
• Microcontroladores en sistemas embebidos y dispositivos periféricos .
• Los sistemas en chip (SoC) a menudo integran uno o más núcleos de microprocesador y microcontrolador con otros componentes como módems de radio, y se utilizan en teléfonos inteligentes y tabletas.

Los microprocesadores pueden seleccionarse para diferentes aplicaciones en función de su tamaño de palabra, que es una medida de su complejidad. Los tamaños de palabra más largos permiten que cada ciclo de reloj de un procesador realice más cálculos, pero corresponden a chips de circuitos integrados físicamente más grandes con un mayor consumo de energía en espera y en funcionamiento . ^[8] Los procesadores de 4, 8 o 12 bits están ampliamente integrados en microcontroladores que operan sistemas integrados. Cuando se espera que un sistema maneje mayores volúmenes de datos o requiera una interfaz de usuario más flexible , se utilizan procesadores de 16, 32 o 64 bits. Se puede seleccionar un procesador de 8 o 16 bits en lugar de un procesador de 32 bits para aplicaciones de sistema en un chip o de microcontrolador que requieren electrónica de potencia extremadamente baja , o son parte de un circuito integrado de señal mixta con electrónica analógica en chip sensible al ruido, como convertidores analógicos a digitales de alta resolución, o ambos. Algunas personas dicen que ejecutar operaciones aritméticas de 32 bits en un chip de 8 bits podría acabar consumiendo más energía, ya que el chip debe ejecutar software con múltiples instrucciones. ^[9] Sin embargo, otros dicen que los chips modernos de 8 bits son siempre más eficientes energéticamente que los chips de 32 bits cuando ejecutan rutinas de software equivalentes. ^[10]

Miles de artículos que tradicionalmente no estaban relacionados con las computadoras incluyen microprocesadores. Entre ellos se encuentran electrodomésticos , vehículos (y sus accesorios), herramientas e instrumentos de prueba, juguetes, interruptores/reguladores de luz y disyuntores eléctricos , detectores de humo, paquetes de baterías y componentes audiovisuales de alta fidelidad (desde reproductores de DVD hasta tocadiscos ). Productos como teléfonos celulares, sistemas de video DVD y sistemas de transmisión de HDTV requieren fundamentalmente dispositivos de consumo con microprocesadores potentes y de bajo costo. Las normas de control de la contaminación cada vez más estrictas requieren efectivamente que los fabricantes de automóviles utilicen sistemas de gestión de motores con microprocesadores para permitir un control óptimo de las emisiones en las condiciones de funcionamiento muy variables de un automóvil. Los controles no programables requerirían una implementación voluminosa o costosa para lograr los resultados posibles con un microprocesador.

Un programa de control de microprocesador ( software integrado ) se puede adaptar a las necesidades de una línea de productos, lo que permite mejoras en el rendimiento con un rediseño mínimo del producto. Se pueden implementar características únicas en los distintos modelos de la línea de productos con un costo de producción insignificante.

El control de un sistema mediante microprocesador puede proporcionar estrategias de control que no serían prácticas si se utilizaran controles electromecánicos o controles electrónicos diseñados específicamente para ese fin. Por ejemplo, el sistema de control de un motor de combustión interna puede ajustar el tiempo de encendido en función de la velocidad del motor, la carga, la temperatura y cualquier tendencia observada al picado, lo que permite que el motor funcione con una variedad de grados de combustible.

La llegada de las computadoras de bajo costo en circuitos integrados ha transformado la sociedad moderna . Los microprocesadores de propósito general en las computadoras personales se utilizan para computación, edición de texto, visualización multimedia y comunicación a través de Internet . Muchos más microprocesadores son parte de sistemas integrados , que proporcionan control digital sobre una gran cantidad de objetos, desde electrodomésticos hasta automóviles, teléfonos celulares y control de procesos industriales . Los microprocesadores realizan operaciones binarias basadas en la lógica booleana , llamada así por George Boole . La capacidad de operar sistemas informáticos utilizando la lógica booleana fue probada por primera vez en una tesis de 1938 por el estudiante de maestría Claude Shannon , quien luego se convirtió en profesor. Shannon es considerado "El padre de la teoría de la información". En 1951, Maurice Wilkes inventó la microprogramación en la Universidad de Cambridge , Reino Unido, a partir de la comprensión de que el procesador central podía ser controlado por un programa especializado en una ROM dedicada . ^[11] A Wilkes también se le atribuye la idea de las etiquetas simbólicas, las macros y las bibliotecas de subrutinas. ^[12]

Tras el desarrollo de los chips de circuitos integrados MOS a principios de la década de 1960, los chips MOS alcanzaron una mayor densidad de transistores y menores costos de fabricación que los circuitos integrados bipolares en 1964. Los chips MOS aumentaron aún más en complejidad a un ritmo predicho por la ley de Moore , lo que llevó a la integración a gran escala (LSI) con cientos de transistores en un solo chip MOS a fines de la década de 1960. La aplicación de chips MOS LSI a la informática fue la base de los primeros microprocesadores, ya que los ingenieros comenzaron a reconocer que un procesador de computadora completo podría estar contenido en varios chips MOS LSI. ^[13] Los diseñadores a fines de la década de 1960 se esforzaban por integrar las funciones de la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora en un puñado de chips MOS LSI, llamados conjuntos de chips de unidad de microprocesador (MPU).

Si bien existe desacuerdo sobre quién inventó el microprocesador, ^{[2] [14]} el primer microprocesador disponible comercialmente fue el Intel 4004 , lanzado como un solo chip MOS LSI en 1971. ^{[15] El microprocesador de un solo chip fue posible gracias al desarrollo de la tecnología} de puerta de silicio MOS (SGT). ^[16] Los primeros transistores MOS tenían puertas de metal de aluminio , que el físico italiano Federico Faggin reemplazó con puertas autoalineadas de silicio para desarrollar el primer chip MOS con puerta de silicio en Fairchild Semiconductor en 1968. ^[16] Faggin luego se unió a Intel y utilizó su tecnología MOS con puerta de silicio para desarrollar el 4004, junto con Marcian Hoff , Stanley Mazor y Masatoshi Shima en 1971. ^[17] El 4004 fue diseñado para Busicom , que había propuesto anteriormente un diseño de múltiples chips en 1969, antes de que el equipo de Faggin en Intel lo cambiara a un nuevo diseño de un solo chip. Intel presentó el primer microprocesador comercial, el Intel 4004 de 4 bits , en 1971. Poco después le siguió el microprocesador de 8 bits Intel 8008 en 1972. El chipset MP944 utilizado en la computadora de datos aéreos central F-14 en 1970 también ha sido citado como uno de los primeros microprocesadores, pero no fue conocido por el público hasta que fue desclasificado en 1998.

Poco después se introdujeron otros usos integrados de los microprocesadores de 4 y 8 bits, como terminales , impresoras , diversos tipos de automatización , etc. Los microprocesadores de 8 bits asequibles con direccionamiento de 16 bits también dieron lugar a los primeros microordenadores de uso general a partir de mediados de los años 1970.

El primer uso del término "microprocesador" se atribuye a Viatron Computer Systems ^[18], que describe el circuito integrado personalizado utilizado en su pequeño sistema informático System 21, anunciado en 1968.

Desde principios de los años 1970, el aumento de la capacidad de los microprocesadores ha seguido la ley de Moore , que originalmente sugería que el número de componentes que se pueden instalar en un chip se duplica cada año. Con la tecnología actual, en realidad es cada dos años ^{[19] [ fuente obsoleta ]} y, como resultado, Moore cambió más tarde el período a dos años. ^[20]

Estos proyectos produjeron un microprocesador casi al mismo tiempo: el Central Air Data Computer (CADC) de Garrett AiResearch (1970), el TMS 1802NC de Texas Instruments (septiembre de 1971) y el 4004 de Intel (noviembre de 1971, basado en un diseño anterior de Busicom de 1969 ). Se podría decir que el microprocesador Four-Phase Systems AL1 también se presentó en 1969.

El Four-Phase Systems AL1 era un chip de 8 bits que contenía ocho registros y una ALU. ^[21] Fue diseñado por Lee Boysel en 1969. ^{[22] [23] [24]} En ese momento, formaba parte de una CPU de nueve chips y 24 bits con tres AL1. Más tarde se lo denominó microprocesador cuando, en respuesta a un litigio de la década de 1990 por parte de Texas Instruments , Boysel construyó un sistema de demostración en el que un solo AL1 formaba parte de un sistema informático de demostración de sala de audiencias, junto con RAM, ROM y un dispositivo de entrada-salida. ^[25]

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En 1968, Garrett AiResearch (que empleaba a los diseñadores Ray Holt y Steve Geller) fue invitado a producir una computadora digital para competir con los sistemas electromecánicos que entonces se estaban desarrollando para la computadora principal de control de vuelo en el nuevo caza F-14 Tomcat de la Armada de los EE. UU . El diseño se completó en 1970 y utilizó un chipset basado en MOS como CPU central. El diseño era significativamente (aproximadamente 20 veces) más pequeño y mucho más confiable que los sistemas mecánicos con los que competía y se utilizó en todos los primeros modelos Tomcat. Este sistema contenía "un multimicroprocesador paralelo de 20 bits " . La Armada se negó a permitir la publicación del diseño hasta 1997. Publicada en 1998, la documentación sobre el CADC y el chipset MP944 son bien conocidos. La historia autobiográfica de Ray Holt de este diseño y desarrollo se presenta en el libro: The Accidental Engineer. ^{[26] [27]}

Ray Holt se graduó en la Universidad Politécnica Estatal de California, Pomona , en 1968 y comenzó su carrera de diseño informático en el CADC. ^[28] Desde sus inicios, estuvo rodeado de secretismo hasta 1998, cuando, a petición de Holt, la Marina de los EE. UU. permitió que los documentos pasaran a ser de dominio público. Holt ha afirmado que nadie ha comparado este microprocesador con los que vinieron después. ^[29] Según Parab et al. (2007),

Los artículos científicos y la literatura publicada alrededor de 1971 revelan que el procesador digital MP944 utilizado para el avión F-14 Tomcat de la Marina de los EE. UU. califica como el primer microprocesador. Aunque es interesante, no era un procesador de un solo chip, como tampoco lo era el Intel 4004; ambos eran más bien como un conjunto de bloques de construcción paralelos que se podían usar para crear una forma de propósito general. Contiene una CPU, RAM , ROM y otros dos chips de soporte como el Intel 4004. Se fabricó con la misma tecnología de canal P , funcionó con especificaciones militares y tenía chips más grandes: un excelente diseño de ingeniería informática según cualquier estándar. Su diseño indica un avance importante con respecto a Intel y dos años antes. De hecho, funcionó y volaba en el F-14 cuando se anunció el Intel 4004. Indica que el tema de la industria actual de arquitecturas convergentes de DSP y microcontroladores comenzó en 1971. ^[30]

Esta convergencia de arquitecturas de DSP y microcontroladores se conoce como controlador de señal digital . ^[31]

En 1990, el ingeniero estadounidense Gilbert Hyatt recibió la patente estadounidense número 4.942.516, ^[32] que se basaba en una computadora serial de 16 bits que construyó en su casa de Northridge, California , en 1969 a partir de placas de chips bipolares después de dejar su trabajo en Teledyne en 1968; ^{[2] [33]} aunque la patente se había presentado en diciembre de 1970 y antes de las presentaciones de Texas Instruments para el TMX 1795 y el TMS 0100, la invención de Hyatt nunca se fabricó. ^{[33] [34] [35]} No obstante, esto condujo a afirmaciones de que Hyatt era el inventor del microprocesador y al pago de regalías sustanciales a través de una subsidiaria de Philips NV , ^[36] hasta que Texas Instruments prevaleció en una compleja batalla legal en 1996, cuando la Oficina de Patentes de Estados Unidos anuló partes clave de la patente, al tiempo que permitió a Hyatt conservarla. ^{[2] [37]} Hyatt dijo en un artículo de Los Angeles Times de 1990 que su invento se habría creado si sus posibles inversores lo hubieran apoyado, y que los inversores de riesgo filtraron detalles de su chip a la industria, aunque no dio más detalles con pruebas para respaldar esta afirmación. ^[33] En el mismo artículo, el autor de The Chip, TR Reid, fue citado diciendo que los historiadores pueden finalmente ubicar a Hyatt como co-inventor del microprocesador, de la manera en que Noyce de Intel y Kilby de TI comparten el crédito por la invención del chip en 1958: "Kilby tuvo la idea primero, pero Noyce la hizo práctica. El fallo legal finalmente favoreció a Noyce, pero se los considera co-inventores. Lo mismo podría suceder aquí". ^[33] Hyatt continuaría librando una batalla legal de décadas con el estado de California por supuestos impuestos no pagados sobre la ganancia inesperada de su patente después de 1990, que culminaría en un caso histórico de la Corte Suprema que aborda la inmunidad soberana de los estados en Franchise Tax Board of California v. Hyatt (2019) .

Junto con Intel (que desarrolló el 8008 ), Texas Instruments desarrolló en 1970-1971 un reemplazo de CPU de un solo chip para el terminal Datapoint 2200 , el TMX 1795 (más tarde TMC 1795). Al igual que el 8008, fue rechazado por el cliente Datapoint. Según Gary Boone, el TMX 1795 nunca llegó a producción. Aun así, alcanzó un estado de prototipo funcional el 24 de febrero de 1971, por lo tanto, es el primer microprocesador de 8 bits del mundo. ^[38] Dado que se construyó con la misma especificación, su conjunto de instrucciones era muy similar al del Intel 8008. ^{[39] [40]}

El TMS1802NC se anunció el 17 de septiembre de 1971 e implementó una calculadora de cuatro funciones. El TMS1802NC, a pesar de su designación, no era parte de la serie TMS 1000 ; más tarde fue redesignado como parte de la serie TMS 0100, que se utilizó en la calculadora TI Datamath. Aunque se comercializó como una calculadora en un chip, el TMS1802NC era completamente programable, incluyendo en el chip una CPU con una palabra de instrucción de 11 bits, 3520 bits (320 instrucciones) de ROM y 182 bits de RAM. ^{[39] [41] [40] [42]}

En 1971, Pico Electronics ^[43] y General Instrument (GI) presentaron su primera colaboración en circuitos integrados, un circuito integrado de calculadora de un solo chip completo para la calculadora Monroe/ Litton Royal Digital III. Este chip también podría reivindicar ser uno de los primeros microprocesadores o microcontroladores con ROM , RAM y un conjunto de instrucciones RISC en el chip. El diseño de las cuatro capas del proceso PMOS se dibujó a mano a escala x500 en una película de mylar, una tarea importante en ese momento dada la complejidad del chip.

Pico fue una empresa derivada de cinco ingenieros de diseño de GI cuya visión era crear circuitos integrados de calculadora de un solo chip. Tenían una importante experiencia previa en diseño de conjuntos de chips de calculadoras múltiples tanto con GI como con Marconi-Elliott . ^[44] Los miembros clave del equipo originalmente habían sido encargados por Elliott Automation para crear una computadora de 8 bits en MOS y habían ayudado a establecer un Laboratorio de Investigación MOS en Glenrothes , Escocia en 1967.

Las calculadoras se estaban convirtiendo en el mayor mercado de semiconductores, por lo que Pico y GI tuvieron un éxito significativo en este mercado en expansión. GI continuó innovando en microprocesadores y microcontroladores con productos como el CP1600, el IOB1680 y el PIC1650. ^[45] En 1987, el negocio de GI Microelectronics se escindió y se convirtió en el negocio de microcontroladores PIC de Microchip .

El Intel 4004 es a menudo considerado (falsamente) como el primer microprocesador verdadero construido en un solo chip, ^{[46] [47]} con un precio de US$60 (equivalente a $450 en 2023). ^[48] La afirmación de ser el primero es definitivamente falsa, ya que el TMS1802NC anterior también era un verdadero microprocesador construido en un solo chip y lo mismo se aplica al TMX 1795 de 8 bits (solo prototipo). ^[38] El primer anuncio conocido del 4004 está fechado el 15 de noviembre de 1971 y apareció en Electronic News . ^{[ cita requerida ]} El microprocesador fue diseñado por un equipo formado por el ingeniero italiano Federico Faggin , los ingenieros estadounidenses Marcian Hoff y Stanley Mazor y el ingeniero japonés Masatoshi Shima . ^[49]

El proyecto que produjo el 4004 se originó en 1969, cuando Busicom , un fabricante de calculadoras japonés, le pidió a Intel que construyera un chipset para calculadoras de escritorio de alto rendimiento . El diseño original de Busicom requería un chipset programable que constaba de siete chips diferentes. Tres de los chips debían formar una CPU de propósito especial con su programa almacenado en ROM y sus datos almacenados en una memoria de lectura y escritura de registro de desplazamiento. Ted Hoff , el ingeniero de Intel asignado para evaluar el proyecto, creía que el diseño de Busicom podría simplificarse utilizando almacenamiento de RAM dinámica para datos, en lugar de memoria de registro de desplazamiento, y una arquitectura de CPU de propósito general más tradicional. Hoff presentó una propuesta arquitectónica de cuatro chips: un chip ROM para almacenar los programas, un chip RAM dinámico para almacenar datos, un dispositivo de E/S simple y una unidad central de procesamiento (CPU) de 4 bits. Aunque no era diseñador de chips, sintió que la CPU podría integrarse en un solo chip, pero como carecía de los conocimientos técnicos, la idea permaneció solo como un deseo por el momento.

Aunque la arquitectura y las especificaciones del MCS-4 surgieron de la interacción de Hoff con Stanley Mazor , un ingeniero de software que reportaba a él, y con el ingeniero de Busicom Masatoshi Shima , durante 1969, Mazor y Hoff pasaron a otros proyectos. En abril de 1970, Intel contrató al ingeniero italiano Federico Faggin como líder del proyecto, un movimiento que finalmente hizo realidad el diseño final de la CPU de un solo chip (Shima mientras tanto diseñó el firmware de la calculadora Busicom y ayudó a Faggin durante los primeros seis meses de la implementación). Faggin, quien originalmente desarrolló la tecnología de compuerta de silicio (SGT) en 1968 en Fairchild Semiconductor ^[50] y diseñó el primer circuito integrado comercial del mundo que usaba SGT, el Fairchild 3708, tenía los antecedentes adecuados para liderar el proyecto en lo que se convertiría en el primer microprocesador comercial de propósito general. Como el SGT era una invención propia, Faggin también lo utilizó para crear su nueva metodología de diseño de lógica aleatoria que hizo posible implementar una CPU de un solo chip con la velocidad, la disipación de potencia y el coste adecuados. El director del Departamento de Diseño MOS de Intel en el momento del desarrollo del MCS-4 era Leslie L. Vadász , pero la atención de Vadász estaba completamente centrada en el negocio principal de las memorias de semiconductores, por lo que dejó el liderazgo y la gestión del proyecto MCS-4 a Faggin, que fue el responsable último de llevar el proyecto 4004 a su realización. Las primeras unidades de producción del 4004 se entregaron a Busicom en marzo de 1971 y se enviaron a otros clientes a finales de 1971. ^{[ cita requerida ]}

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El Intel 4004 fue seguido en 1972 por el Intel 8008 , el primer microprocesador de 8 bits de Intel . ^[51] Sin embargo, el 8008 no fue una extensión del diseño del 4004, sino la culminación de un proyecto de diseño independiente en Intel, que surgió de un contrato con Computer Terminals Corporation , de San Antonio, Texas, para un chip para un terminal que estaban diseñando, ^[52] el Datapoint 2200 —los aspectos fundamentales del diseño no vinieron de Intel sino de CTC. En 1968, Vic Poor y Harry Pyle de CTC desarrollaron el diseño original para el conjunto de instrucciones y el funcionamiento del procesador. En 1969, CTC contrató a dos empresas, Intel y Texas Instruments , para realizar una implementación de un solo chip, conocida como CTC 1201. ^[53] A finales de 1970 o principios de 1971, TI abandonó el proyecto al no poder fabricar una pieza fiable. En 1970, cuando Intel aún no había entregado la pieza, CTC optó por utilizar su propia implementación en el Datapoint 2200, utilizando en su lugar la lógica TTL tradicional (por lo que la primera máquina que ejecutaba "código 8008" no era de hecho un microprocesador y se entregó un año antes). La versión de Intel del microprocesador 1201 llegó a finales de 1971, pero llegó demasiado tarde, era lenta y requería una serie de chips de soporte adicionales. CTC no tenía ningún interés en utilizarlo. CTC había contratado originalmente a Intel para el chip y les habría debido 50.000 dólares (equivalentes a 376.171 dólares en 2023) por su trabajo de diseño. ^[53] Para evitar pagar por un chip que no querían (y no podían utilizar), CTC liberó a Intel de su contrato y les permitió el uso gratuito del diseño. ^[53] Intel lo comercializó como 8008 en abril de 1972, como el primer microprocesador de 8 bits del mundo. Fue la base del famoso kit de ordenador " Mark-8 " anunciado en la revista Radio-Electronics en 1974. Este procesador tenía un bus de datos de 8 bits y un bus de direcciones de 14 bits. ^[54]

El 8008 fue el precursor del exitoso Intel 8080 (1974), que ofrecía un rendimiento mejorado respecto del 8008 y requería menos chips de soporte. Federico Faggin lo concibió y diseñó utilizando MOS de canal N de alto voltaje. El Zilog Z80 (1976) también fue un diseño de Faggin, que utilizaba un canal N de bajo voltaje con carga de agotamiento y procesadores Intel de 8 bits derivados: todos diseñados con la metodología que Faggin creó para el 4004. Motorola lanzó el competidor 6800 en agosto de 1974, y el similar MOS Technology 6502 se lanzó en 1975 (ambos diseñados en gran medida por las mismas personas). La familia 6502 rivalizó con el Z80 en popularidad durante la década de 1980.

Un bajo costo general, poco empaque, requisitos de bus de computadora simples y, a veces, la integración de circuitos adicionales (por ejemplo, el circuito de actualización de memoria incorporado del Z80 ) permitieron que la "revolución" de las computadoras domésticas se acelerara drásticamente a principios de la década de 1980. Esto dio lugar a máquinas tan económicas como la Sinclair ZX81 , que se vendió por US$99 (equivalente a $331,79 en 2023). Una variación del 6502, el MOS Technology 6510 se utilizó en el Commodore 64 y otra variante, el 8502, impulsó al Commodore 128 .

El Western Design Center, Inc (WDC) presentó el CMOS WDC 65C02 en 1982 y licenció el diseño a varias empresas. Se utilizó como CPU en los ordenadores personales Apple IIe y IIc , así como en marcapasos y desfibriladores implantables para uso médico , dispositivos automotrices, industriales y de consumo. WDC fue pionera en la concesión de licencias de diseños de microprocesadores, seguida posteriormente por ARM (32 bits) y otros proveedores de propiedad intelectual (PI) de microprocesadores en la década de 1990.

Motorola presentó el MC6809 en 1978. Era un diseño de 8 bits ambicioso y bien pensado que era compatible con el 6800 y se implementó utilizando una lógica puramente cableada (los microprocesadores de 16 bits posteriores generalmente usaban microcódigo hasta cierto punto, ya que los requisitos de diseño CISC se estaban volviendo demasiado complejos para la lógica puramente cableada).

Otro de los primeros microprocesadores de 8 bits fue el Signetics 2650 , que despertó un breve interés debido a su innovadora y potente arquitectura de conjunto de instrucciones .

Un microprocesador fundamental en el mundo de los vuelos espaciales fue el RCA 1802 (también conocido como CDP1802, RCA COSMAC) de RCA (presentado en 1976), que se utilizó a bordo de la sonda Galileo a Júpiter (lanzada en 1989, llegó en 1995). RCA COSMAC fue el primero en implementar la tecnología CMOS . Se utilizó el CDP1802 porque podía funcionar a muy bajo consumo y porque había una variante disponible fabricada mediante un proceso de producción especial, silicio sobre zafiro (SOS), que proporcionaba una protección mucho mejor contra la radiación cósmica y las descargas electrostáticas que la de cualquier otro procesador de la época. Por lo tanto, se dijo que la versión SOS del 1802 era el primer microprocesador reforzado contra la radiación .

El RCA 1802 tenía un diseño estático , lo que significa que la frecuencia del reloj podía reducirse arbitrariamente o incluso detenerse. Esto permitía a la nave espacial Galileo utilizar la mínima energía eléctrica durante largos tramos sin incidentes de un viaje. Los temporizadores o sensores activaban el procesador a tiempo para tareas importantes, como actualizaciones de navegación, control de actitud, adquisición de datos y comunicación por radio. Las versiones actuales del Western Design Center 65C02 y 65C816 también tienen núcleos estáticos y, por lo tanto, retienen datos incluso cuando el reloj está completamente detenido.

La familia Intersil 6100 constaba de un microprocesador de 12 bits (el 6100) y una gama de circuitos integrados de memoria y soporte periférico. El microprocesador reconocía el conjunto de instrucciones de la minicomputadora DEC PDP-8 . Por ello, a veces se lo denominaba CMOS-PDP8 . Como también lo fabricaba Harris Corporation, también se lo conocía como Harris HM-6100 . En virtud de su tecnología CMOS y los beneficios asociados, el 6100 se incorporó a algunos diseños militares hasta principios de la década de 1980.

El primer microprocesador multichip de 16 bits fue el National Semiconductor IMP-16 , presentado a principios de 1973. Una versión de 8 bits del chipset se presentó en 1974 con el nombre de IMP-8.

Otros microprocesadores multichip de 16 bits de la época fueron el MCP-1600 , que Digital Equipment Corporation (DEC) utilizó en el conjunto de placas OEM LSI-11 y en la minicomputadora empaquetada PDP-11/03 , y el Fairchild Semiconductor MicroFlame 9440, ambos introducidos en 1975-76. A fines de 1974, National presentó el primer microprocesador de un solo chip de 16 bits, el National Semiconductor PACE , ^[55] al que luego siguió una versión NMOS , el INS8900 .

El siguiente en la lista es el General Instrument CP1600 , lanzado en febrero de 1975, ^[56] que se utilizó principalmente en la consola Intellivision .

Otro de los primeros microprocesadores de 16 bits de un solo chip fue el TMS 9900 de TI , que también era compatible con su línea de minicomputadoras TI-990 . El 9900 se utilizó en la minicomputadora TI 990/4, la computadora doméstica TI-99/4A y la línea TM990 de placas de microcomputadoras OEM. El chip estaba empaquetado en un gran encapsulado DIP de cerámica de 64 pines , mientras que la mayoría de los microprocesadores de 8 bits, como el Intel 8080, usaban el DIP de plástico de 40 pines más común, más pequeño y menos costoso. Un chip posterior, el TMS 9980, fue diseñado para competir con el Intel 8080, tenía el conjunto completo de instrucciones de 16 bits de la TI 990, usaba un encapsulado de plástico de 40 pines, movía datos de 8 bits a la vez, pero solo podía direccionar 16  KB . Un tercer chip, el TMS 9995, era un diseño nuevo. Posteriormente la familia se amplió para incluir los modelos 99105 y 99110.

El Western Design Center (WDC) presentó la actualización CMOS 65816 de 16 bits del WDC CMOS 65C02 en 1984. El microprocesador 65816 de 16 bits fue el núcleo del Apple IIGS y más tarde del Super Nintendo Entertainment System , lo que lo convirtió en uno de los diseños de 16 bits más populares de todos los tiempos.

Intel "redujo" el diseño del 8080 al Intel 8086 de 16 bits , el primer miembro de la familia x86 , que alimenta la mayoría de los ordenadores modernos de tipo PC . Intel presentó el 8086 como una forma rentable de trasladar software de las líneas 8080 y logró ganar muchos negocios con esa premisa. El 8088 , una versión del 8086 que utilizaba un bus de datos externo de 8 bits, fue el microprocesador del primer IBM PC . Intel lanzó después el 80186 y el 80188 , el 80286 y, en 1985, el 80386 de 32 bits , consolidando su dominio del mercado de los PC con la compatibilidad con versiones anteriores de la familia de procesadores. El 80186 y el 80188 eran esencialmente versiones del 8086 y el 8088, mejoradas con algunos periféricos integrados y algunas instrucciones nuevas. Aunque los modelos 80186 y 80188 de Intel no se utilizaron en diseños tipo IBM PC, ^{[ dudoso – discutir ]} las versiones de segunda fuente de NEC, los modelos V20 y V30 sí lo fueron con frecuencia. El 8086 y sus sucesores tenían un método innovador pero limitado de segmentación de memoria , mientras que el 80286 introdujo una unidad de gestión de memoria segmentada (MMU) con todas las funciones. El 80386 introdujo un modelo de memoria plana de 32 bits con gestión de memoria paginada.

Los procesadores Intel x86 de 16 bits hasta el 80386 inclusive no incluyen unidades de punto flotante (FPU) . Intel introdujo los coprocesadores matemáticos 8087 , 80187 , 80287 y 80387 para añadir capacidades de hardware de punto flotante y de función trascendental a las CPU 8086 a 80386. El 8087 funciona con el 8086/8088 y el 80186/80188, ^[57] el 80187 funciona con el 80186 pero no con el 80188, ^[58] el 80287 funciona con el 80286 y el 80387 funciona con el 80386. La combinación de una CPU x86 y un coprocesador x87 forma un único microprocesador multichip; Los dos chips se programan como una unidad utilizando un único conjunto de instrucciones integrado. ^[59] Los coprocesadores 8087 y 80187 están conectados en paralelo con los buses de datos y direcciones de su procesador principal y ejecutan directamente las instrucciones destinadas a ellos. Los coprocesadores 80287 y 80387 están interconectados a la CPU a través de puertos de E/S en el espacio de direcciones de la CPU, esto es transparente para el programa, que no necesita saber sobre estos puertos de E/S o acceder a ellos directamente; el programa accede al coprocesador y sus registros a través de códigos de operación de instrucciones normales.

Los diseños de 16 bits sólo habían estado brevemente en el mercado cuando comenzaron a aparecer implementaciones de 32 bits .

El más significativo de los diseños de 32 bits es el Motorola MC68000 , introducido en 1979. El 68k, como era ampliamente conocido, tenía registros de 32 bits en su modelo de programación pero usaba rutas de datos internas de 16 bits, tres Unidades Lógicas Aritméticas de 16 bits y un bus de datos externo de 16 bits (para reducir el conteo de pines), y externamente solo admitía direcciones de 24 bits (internamente trabajaba con direcciones completas de 32 bits). En mainframes compatibles con IBM basados ​​en PC, el microcódigo interno del MC68000 se modificó para emular el mainframe IBM System/370 de 32 bits. ^[60] Motorola generalmente lo describió como un procesador de 16 bits. La combinación de alto rendimiento, gran espacio de memoria (16  megabytes o 224 ^bytes  ) y un costo bastante bajo lo convirtieron en el diseño de CPU más popular de su clase. Los diseños de Apple Lisa y Macintosh utilizaron el 68000, al igual que otros diseños de mediados de la década de 1980, incluidos el Atari ST y el Amiga .

El primer microprocesador de un solo chip del mundo de 32 bits, con rutas de datos de 32 bits, buses de 32 bits y direcciones de 32 bits, fue el AT&T Bell Labs BELLMAC-32A , con las primeras muestras en 1980 y la producción general en 1982. ^{[61] [62]} Después de la desinversión de AT&T en 1984, pasó a llamarse WE 32000 (WE por Western Electric ), y tuvo dos generaciones posteriores, la WE 32100 y la WE 32200. Estos microprocesadores se utilizaron en las minicomputadoras AT&T 3B5 y 3B15; en la 3B2, la primera supermicrocomputadora de escritorio del mundo; en la "Companion", la primera computadora portátil de 32 bits del mundo ; y en "Alexander", la primera supermicrocomputadora del tamaño de un libro, que incorporaba cartuchos de memoria ROM similares a los de las consolas de juegos actuales. Todos estos sistemas ejecutaban el sistema operativo UNIX System V.

El primer microprocesador comercial, de un solo chip y de 32 bits disponible en el mercado fue el HP FOCUS .

El primer microprocesador de 32 bits de Intel fue el iAPX 432 , que se presentó en 1981, pero no fue un éxito comercial. Tenía una arquitectura orientada a objetos basada en capacidades avanzadas , pero un rendimiento pobre en comparación con arquitecturas contemporáneas como el propio 80286 de Intel (presentado en 1982), que era casi cuatro veces más rápido en las pruebas de referencia típicas. Sin embargo, los resultados del iAPX432 se debieron en parte a un compilador Ada apresurado y, por lo tanto, subóptimo . ^{[ cita requerida ]}

El éxito de Motorola con el 68000 condujo al MC68010 , que agregó soporte de memoria virtual . El MC68020 , presentado en 1984, agregó buses de datos y direcciones de 32 bits. El 68020 se volvió enormemente popular en el mercado de supermicrocomputadoras Unix , y muchas pequeñas empresas (por ejemplo, Altos , Charles River Data Systems , Cromemco ) produjeron sistemas de tamaño de escritorio. El MC68030 se presentó a continuación, mejorando el diseño anterior al integrar la MMU en el chip. El éxito continuo condujo al MC68040 , que incluía una FPU para un mejor rendimiento matemático. El 68050 no logró sus objetivos de rendimiento y no se lanzó, y el siguiente MC68060 se lanzó en un mercado saturado por diseños RISC mucho más rápidos. La familia 68k dejó de usarse a principios de la década de 1990.

Otras grandes empresas diseñaron el 68020 y sus sucesores para equipos integrados. En un momento dado, había más procesadores 68020 en equipos integrados que procesadores Intel Pentium en PC. ^[63] Los núcleos de procesador ColdFire son derivados del 68020.

Durante esta época (de principios a mediados de los años 1980), National Semiconductor introdujo un microprocesador interno de 32 bits y 16 bits muy similar, llamado NS 16032 (posteriormente rebautizado como 32016), y la versión completa de 32 bits se denominó NS 32032. Más tarde, National Semiconductor produjo el NS 32132 , que permitía que dos CPU residieran en el mismo bus de memoria con arbitraje integrado. El NS32016/32 superó al MC68000/10, pero el NS32332 (que llegó aproximadamente al mismo tiempo que el MC68020) no tenía suficiente rendimiento. El chip de tercera generación, el NS32532, era diferente. Tenía aproximadamente el doble de rendimiento que el MC68030, que se lanzó aproximadamente al mismo tiempo. La aparición de procesadores RISC como el AM29000 y el MC88000 (ambos ya desaparecidos) influyó en la arquitectura del núcleo final, el NS32764. Técnicamente avanzado (con un núcleo RISC superescalar, un bus de 64 bits y overclocking interno), aún podía ejecutar instrucciones de la Serie 32000 mediante traducción en tiempo real.

Cuando National Semiconductor decidió abandonar el mercado Unix, el chip fue rediseñado como procesador Swordfish Embedded con un conjunto de periféricos en el chip. El chip resultó ser demasiado caro para el mercado de impresoras láser y fue descartado. El equipo de diseño fue a Intel y allí diseñó el procesador Pentium, que es muy similar al núcleo NS32764 internamente. El gran éxito de la Serie 32000 fue en el mercado de impresoras láser, donde el NS32CG16 con instrucciones BitBlt microcodificadas tenía una muy buena relación precio/rendimiento y fue adoptado por grandes empresas como Canon. A mediados de los 80, Sequent presentó el primer ordenador de clase servidor SMP utilizando el NS 32032. Este fue uno de los pocos éxitos del diseño, y desapareció a finales de los 80. Los MIPS R2000 (1984) y R3000 (1989) fueron microprocesadores RISC de 32 bits de gran éxito. Se utilizaron en estaciones de trabajo y servidores de alta gama de SGI , entre otros. Otros diseños incluyeron el Zilog Z80000 , que llegó demasiado tarde al mercado como para tener una oportunidad y desapareció rápidamente.

El ARM apareció por primera vez en 1985. ^[64] Se trata de un diseño de procesador RISC , que desde entonces ha llegado a dominar el espacio de procesadores de sistemas integrados de 32 bits debido en gran parte a su eficiencia energética, su modelo de licencias y su amplia selección de herramientas de desarrollo de sistemas. Los fabricantes de semiconductores generalmente licencian núcleos y los integran en sus propios productos de sistema en chip ; solo unos pocos de estos proveedores, como Apple, tienen licencia para modificar los núcleos ARM o crear los suyos propios. La mayoría de los teléfonos móviles incluyen un procesador ARM, al igual que una amplia variedad de otros productos. Hay núcleos ARM orientados a microcontroladores sin soporte de memoria virtual, así como procesadores de aplicaciones multiprocesador simétrico (SMP) con memoria virtual.

Entre 1993 y 2003, las arquitecturas x86 de 32 bits se hicieron cada vez más dominantes en los mercados de ordenadores de sobremesa , portátiles y servidores, y estos microprocesadores se hicieron más rápidos y más capaces. Intel había licenciado las primeras versiones de la arquitectura a otras empresas, pero se negó a licenciar el Pentium, por lo que AMD y Cyrix construyeron versiones posteriores de la arquitectura basadas en sus propios diseños. Durante este lapso, estos procesadores aumentaron en complejidad (número de transistores) y capacidad (instrucciones/segundo) en al menos tres órdenes de magnitud. La línea Pentium de Intel es probablemente el modelo de procesador de 32 bits más famoso y reconocible, al menos entre el público en general.

Si bien los diseños de microprocesadores de 64 bits se han utilizado en varios mercados desde principios de la década de 1990 (incluida la consola de juegos Nintendo 64 en 1996), a principios de la década de 2000 se introdujeron microprocesadores de 64 bits dirigidos al mercado de PC.

Con la introducción por parte de AMD de una arquitectura de 64 bits compatible con versiones anteriores de x86, x86-64 (también llamada AMD64 ), en septiembre de 2003, seguida de las extensiones de 64 bits casi totalmente compatibles de Intel (primero llamadas IA-32e o EM64T, luego renombradas Intel 64 ), comenzó la era de los escritorios de 64 bits. Ambas versiones pueden ejecutar aplicaciones heredadas de 32 bits sin ninguna penalización de rendimiento, así como el nuevo software de 64 bits. Con los sistemas operativos Windows XP x64 , Windows Vista x64, Windows 7 x64, Linux , BSD y macOS que ejecutan 64 bits de forma nativa, el software también está orientado a utilizar completamente las capacidades de dichos procesadores. El paso a 64 bits es más que un simple aumento en el tamaño de los registros del IA-32, ya que también duplica la cantidad de registros de propósito general.

El paso a 64 bits por parte de PowerPC se había previsto desde el diseño de la arquitectura a principios de los años 90 y no fue una causa importante de incompatibilidad. Los registros de números enteros existentes se amplían, al igual que todas las rutas de datos relacionadas, pero, como fue el caso con IA-32, tanto las unidades de punto flotante como las vectoriales habían estado operando en 64 bits o más durante varios años. A diferencia de lo que sucedió cuando IA-32 se amplió a x86-64, no se agregaron nuevos registros de propósito general en PowerPC de 64 bits, por lo que cualquier ganancia de rendimiento al usar el modo de 64 bits para aplicaciones que no hacen uso del espacio de direcciones más grande es mínima. ^{[ cita requerida ]}

En 2011, ARM introdujo la nueva arquitectura ARM de 64 bits.

A mediados de la década de 1980 y principios de la de 1990, apareció una nueva generación de microprocesadores de alto rendimiento con conjunto de instrucciones reducido ( RISC ), influenciados por diseños de CPU discretos similares a RISC, como el IBM 801 y otros. Los microprocesadores RISC se utilizaron inicialmente en máquinas de propósito especial y estaciones de trabajo Unix , pero luego ganaron una amplia aceptación en otras funciones.

El primer diseño comercial de microprocesador RISC fue lanzado en 1984 por MIPS Computer Systems , el R2000 de 32 bits (el R1000 no fue lanzado). En 1986, HP lanzó su primer sistema con una CPU PA-RISC . En 1987, en los ordenadores Acorn no Unix, el Acorn Archimedes basado en ARM2 de 32 bits, entonces sin caché, se convirtió en el primer éxito comercial que utilizó la arquitectura ARM , entonces conocida como Acorn RISC Machine (ARM); el primer ARM1 de silicio en 1985. El R3000 hizo que el diseño fuera verdaderamente práctico, y el R4000 introdujo el primer microprocesador RISC de 64 bits disponible comercialmente del mundo. Los proyectos en competencia darían como resultado las arquitecturas IBM POWER y Sun SPARC . Pronto todos los proveedores importantes lanzaron un diseño RISC, incluidos AT&T CRISP , AMD 29000 , Intel i860 e Intel i960 , Motorola 88000 y DEC Alpha .

A finales de la década de 1990, todavía solo se producían en volumen dos arquitecturas RISC de 64 bits para aplicaciones no integradas: SPARC y Power ISA , pero a medida que ARM se volvió cada vez más potente, a principios de la década de 2010, se convirtió en la tercera arquitectura RISC en el segmento de la informática general.

El multiprocesamiento simétrico SMP ^[65] es una configuración de dos, cuatro o más CPU (en pares) que se utilizan normalmente en servidores, ciertas estaciones de trabajo y en computadoras personales de escritorio desde la década de 1990. Un procesador multinúcleo es una única CPU que contiene más de un núcleo de microprocesador.

Esta popular placa base de dos conectores de Abit se lanzó en 1999 como la primera placa base para PC con SMP habilitado. El Intel Pentium Pro fue la primera CPU comercial ofrecida a los ensambladores de sistemas y entusiastas. El Abit BP9 admite dos CPU Intel Celeron y, cuando se utiliza con un sistema operativo con SMP habilitado (Windows NT/2000/Linux), muchas aplicaciones obtienen un rendimiento mucho mayor que con una sola CPU. Los primeros Celeron se pueden overclockear fácilmente y los aficionados usaban estas CPU relativamente económicas que alcanzaban velocidades de reloj de hasta 533 MHz, mucho más allá de las especificaciones de Intel. Después de descubrir la capacidad de estas placas base, Intel eliminó el acceso al multiplicador en las CPU posteriores.

En 2001, IBM lanzó la CPU POWER4 , un procesador que se desarrolló a lo largo de cinco años de investigación, que comenzó en 1996 con la participación de un equipo de 250 investigadores. El esfuerzo por lograr lo imposible se vio reforzado por el desarrollo de la colaboración remota y la asignación de ingenieros más jóvenes para trabajar con ingenieros más experimentados. El trabajo en equipo logró el éxito con el nuevo microprocesador, Power4. Se trata de una CPU dos en uno que duplicaba el rendimiento a la mitad del precio de la competencia y representa un gran avance en la informática. La revista de negocios eWeek escribió: "El nuevo diseño del Power4 de 1 GHz representa un gran salto con respecto a su predecesor" . Un analista de la industria, Brad Day de Giga Information Group, dijo: "IBM se está volviendo muy agresiva y este servidor es un punto de inflexión".

El Power4 ganó el premio "Analysts' Choice Award" al mejor procesador de estación de trabajo/servidor de 2001 y batió récords notables, incluido el de ganar un concurso contra los mejores jugadores del programa de televisión estadounidense Jeopardy! ^{[66] .}

Las CPU de Intel con nombre en código Yonah se lanzaron el 6 de enero de 2006 y se fabricaron con dos matrices empaquetadas en un módulo multichip . En un mercado muy disputado, AMD y otras empresas lanzaron nuevas versiones de CPU multinúcleo; las CPU Athlon MP de AMD con SMP habilitado de la línea AthlonXP en 2001; Sun lanzó las Niagara y Niagara 2 con ocho núcleos; el Athlon X2 de AMD se lanzó en junio de 2007. Las empresas estaban enfrascadas en una carrera interminable por la velocidad; de hecho, un software más exigente exigía más potencia de procesamiento y velocidades de CPU más rápidas.

En 2012, los procesadores de doble y cuádruple núcleo se empezaron a utilizar ampliamente en PC y portátiles. Los procesadores más nuevos (similares a los Intel Xeon de nivel profesional de mayor coste) tienen núcleos adicionales que ejecutan instrucciones en paralelo, por lo que el rendimiento del software suele aumentar, siempre que el software esté diseñado para utilizar hardware avanzado. Los sistemas operativos admiten CPU de múltiples núcleos y SMD, y muchas aplicaciones de software, incluidas las aplicaciones de gran carga de trabajo y de uso intensivo de recursos (como los juegos en 3D), están programadas para aprovechar los sistemas de múltiples núcleos y CPU.

Apple, Intel y AMD lideran actualmente el mercado de CPU de múltiples núcleos para estaciones de trabajo y de escritorio, aunque con frecuencia se adelantan entre sí en la lucha por el liderazgo en el nivel de rendimiento. Intel mantiene frecuencias más altas y, por lo tanto, tiene el rendimiento de un solo núcleo más rápido, ^[67] mientras que AMD suele ser el líder en rutinas multiproceso debido a una ISA más avanzada y al nodo de proceso en el que se fabrican las CPU.

Los conceptos de multiprocesamiento para configuraciones multinúcleo/multiCPU están relacionados con la ley de Amdahl .

En 1997, aproximadamente el 55% de todas las CPU vendidas en el mundo eran microcontroladores de 8 bits , de los cuales se vendieron más de 2 mil millones. ^[68]

En 2002, menos del 10% de todas las CPU vendidas en el mundo eran de 32 bits o más. De todas las CPU de 32 bits vendidas, aproximadamente el 2% se utilizan en computadoras personales de escritorio o portátiles. La mayoría de los microprocesadores se utilizan en aplicaciones de control integrado, como electrodomésticos, automóviles y periféricos de computadora. En conjunto, el precio promedio de un microprocesador, microcontrolador o DSP es de poco más de 6 dólares estadounidenses (equivalente a 10,16 dólares en 2023). ^[69]

En 2003, se fabricaron y vendieron microprocesadores por un valor de aproximadamente 44 mil millones de dólares (equivalentes a unos 73 mil millones de dólares en 2023). ^[70] Aunque aproximadamente la mitad de ese dinero se gastó en CPU utilizadas en computadoras personales de escritorio o portátiles , estas representan solo alrededor del 2% de todas las CPU vendidas. ^[69] El precio ajustado por calidad de los microprocesadores para portátiles mejoró entre un −25% y un −35% por año en 2004-2010, y la tasa de mejora se desaceleró a entre un −15% y un −25% por año en 2010-2013. ^[71]

En 2008 se fabricaron alrededor de 10 mil millones de CPU. La mayoría de las nuevas CPU producidas cada año están integradas. ^[72]

Wikiversidad tiene recursos de aprendizaje sobre Introducción a las computadoras/Procesadores

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Microprocesadores .

• Problemas de patentes
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