LAS NUEVAS TECNOLOGIAS

1. El Microchip y el microprocesador

1.1. El Microchip

El Microchip, o también llamado circuito integrado (CI), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad enorme de dispositivos micro electrónicos interactuados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores. El primer Circuito Integrado fue desarrollado en 1958 por el Ingeniero Jack St. Clair Kilby, justo meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments.

En el verano de 1958 Jack Kilby se propuso cambiar las cosas. Entonces concibió el primer circuito electrónico cuyos componentes, tanto los activos como los pasivos, estuviesen dispuestos en un solo pedazo de material, semiconductor, que ocupaba la mitad de espacio de un clip para sujetar papeles. El 12 de Septiembre de 1958, el invento de Jack Kilby se probó con éxito. El circuito estaba fabricado sobre una pastilla cuadrada de germanio, un elemento químico metálico y cristalino, que medía seis milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres resistencias y un condensador.

En el año 2000 Jack Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la información.

Los circuitos integrados fueron posibles gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar las funciones de los tubos vacíos. La capacidad de producción masiva de circuitos integrados impuso la estandarización de los circuitos integrados en lugar de las válvulas o tubos de vacío.

Existen dos ventajas principales de los circuitos integrados. El bajo coste y el alto rendimiento de todos sus materiales. La eficiencia de los circuitos integrados es alta debido a el pequeño tamaño de los chips que permite cortas conexiones que posibilitan la utilización lógica de bajo consumo en altas velocidades de conmutación.

Los fabricantes tuvieron éxito al duplicar el número de transistores en un chip cada 18 meses, tal como lo predijo la ley de Moore. Sin embargo, a medida que los tamaños se han reducido a escalas de átomos, los fabricantes se están acercando cada vez más a los límites de la miniaturización. Muchos académicos creen que la revolución digital impulsada por los circuitos integrados es una de los sucesos más destacados de la historia de la humanidad.

Existen tres tipos de circuitos integrados:

Circuito monolítico: El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado. Desde su invención los fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM... Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

Circuito híbrido de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica.

Circuito híbrido de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

1.2. El Microprocesador

DEFINICION

El microprocesador es el circuito integrado más importante. Está formado por millones de transistores integrados. Incorpora en su interior una unidad central de proceso (CPU) permitiendo enlazar otros dispositivos. Para realizar su trabajo debe ejecutar paso a paso un programa que consiste en una secuencia de números binarios o instrucciones, almacenándolas en uno o más elementos de memoria, generalmente externos al mismo. La aplicación más importante de los microprocesadores, el ordenador.

EVOLUCIÓN

En el año 1971 y una empresa japonesa, Busicom, tenía un proyecto para una nueva calculadora. Ted Hoff, ingeniero de Intel, diseñó un chip con una memoria capaz de hacer varias acciones. Con 4 chips como este y dos chips más de memoria se diseñó el primer microprocesador de Intel, el 4004. Antes de crear el microprocesador hacía falta un chip para cada parte de la calculadora, con el 4004 todas las funciones estaban integradas en un solo circuito.

Este microprocesador contenía 2.300 transistores y transmitía con un bus de 4 bits. El 4004 podía realizar 60.000 operaciones por segundo, una miseria para nuestros días, todo un logro en los años 70. Empresas como IBM, AMD o Apple se han dedicado también a fabricar microprocesadores.

PARTES

En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes:

 El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio, para darle consistencia, impedir su deterioro y permitir el enlace con los conectores externos

 La memoria cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el microprocesador para tener a mano ciertos datos que serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM reduciendo el tiempo de espera

 Coprocesador Matemático: o correctamente la FPU, Unidad de coma flotante. Parte del microprocesador especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip

 Los registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares.

 La memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos.

 Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo

FUNCIONAMIENTO

El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:

 PreFetch, pre lectura de la instrucción desde la memoria principal.

 Fetch, envío de la instrucción al decodificador

 Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer.

 Lectura de operandos (si los hay).

 Ejecución, lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento.

 Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.

FUTURO

Se está trabajando para el desarrollo de pequeños microprocesadores de 10 nm en los próximos diez

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