Microprocesadores compatibles x86

Intel, desde hace tiempo, no es el único fabricante de procesadores para compatibles PC. Conozca las novedades que aparecerán durante el presente año.

La arquitectura de la familia de microprocesadores x86 fue definida hace ya bastantes años cuando Intel lanzó al mercado sus microprocesadores 8088 y 8086. Con el paso del tiempo, el hoy gigante de los procesadores para ordenadores compatibles PC fue lanzando al mercado nuevas generaciones de microprocesadores que añadían a la arquitectura x86 nuevas mejoras y características. Sin embargo, no pasó mucho tiempo hasta que otros fabricantes importantes de semiconductores vieron que era posible hacerse un hueco en el mercado de procesadores fabricando chips que fuesen compatibles con la arquitectura x86 diseñada originalmente por Intel.

En la actualidad, además de Intel, AMD, Cyrix, Centaur y Transmeta diseñan, y en algunos casos fabrican, microprocesadores compatibles con la arquitectura de Intel.

Las bases del diseño x86

El diseño original de la arquitectura x86 se basaba en un microprocesador de 16 bits que estaba equipado con un bus de datos de 16 bits y un bus de direcciones de 20 bits. Este diseño básico dio lugar a dos microprocesadores: el 8088 y el 8086. El primero de ellos disponía de un bus de datos de ocho bits, mientras que el del segundo de ellos era de 16 bits. Mediante el bus de direcciones estos procesadores eran capaces de direccionar un total de 1 MB de memoria física.

Internamente estos dos microprocesadores disponían de un conjunto de registros de propósito general con una anchura todos ellos de 16 bits. Algunos de estos registros están especialmente diseñados para actuar como punteros mediante los que el programador accede a los datos almacenados en la memoria del sistema. Debido a que con 16 bits tan sólo es posible direccionar un máximo de 64 KB, Intel incluyó en el procesador los denominados registros de segmento. Mediante el contenido de un registro de segmento y el desplazamiento contenido en otro registro se forma una dirección de memoria de 20 bits mediante la que se accede a los datos contenidos en la memoria. En la siguiente figura se aprecia el juego de registros de los procesadores 8088 y 8086.

En la tabla número uno aparecen los registros de propósito general, todos ellos de 16 bits. Los registros AX, BX, CX y DX los puede manipular el programador como dos registros independientes, cada uno de ellos con una anchura de ocho bits. Algunos de estos registros realizan funciones predeterminadas como, por ejemplo, el registro SP, el cual es el puntero de la pila del microprocesador.

En la tabla número dos se muestran los registros de segmento junto con el registro puntero de instrucciones (IP) y el registro de flags del procesador. El registro CS es el que contiene el segmento de código desde el que se ejecutan instrucciones. El programa que se está ejecutando se direcciona mediante el par de registros CS:IP. El registro DS contiene un segmento de datos, en el que se encuentran los datos a los que accede el programa. Una instrucción que efectúe una lectura de un dato de la memoria lo hará del segmento que indique el registro DS, a no ser que se indique lo contrario introduciendo un modificador que indique el uso de otro registro de segmento. El registro ES es similar a DS, y está implicado en el uso de algunas instrucciones de desplazamiento de datos en memoria (como, por ejemplo, la instrucción MOVSB).

Conservando esta arquitectura básica Intel introdujo posteriormente los procesadores 80286 y, algo más tarde, el 80386. De estos dos microprocesadores el más importante ha sido, sin duda alguna, el 80386. Gracias a este procesador fue posible ejecutar en los compatibles PC sistemas operativos y aplicaciones de 32 bits. Además, con el soporte adecuado por parte del sistema operativo, se hacía posible la creación de máquinas virtuales DOS en las que el usuario podía ejecutar varias sesiones simultáneas de este sistema operativo.

Una de las principales mejoras del 80386 era su denominado modo protegido, mediante el cual es posible olvidarse del modelo de memoria segmentado presente en el 8088 y 8086. Gracias a las modificaciones introducidas en la arquitectura x86 con la aparición del 80386 se hizo posible diseñar sistemas operativos para PC en los que era posible ejecutar varias aplicaciones de forma simultánea sin que el comportamiento erróneo de una de ellas afectara a las aplicaciones restantes o al propio sistema operativo. Además de todas estas mejoras esta CPU disponía de registros de propósito general de 32 bits.

Las posteriores generaciones de microprocesadores de Intel siguieron básicamente las modificaciones introducidas en la arquitectura x86 con el 80386, si bien se fueron añadiendo mejoras para obtener un rendimiento cada vez mayor. Con el 486 se integró en el procesador el coprocesador matemático y se incluyó una memoria caché de 8 KB. Este procesador era capaz de ejecutar gran parte de las instrucciones de la arquitectura x86 en un solo ciclo de reloj, si bien para que esto fuese posible era necesario que no existiesen dependencias entre dos intrucciones consecutivas.

Pocos años después apareció en el mercado la generación de procesadores Pentium, los cuales disponían de cachés separadas para datos e instrucciones, contaban con técnicas de predicción de saltos, posibilidad de ejecutar hasta dos instrucciones por ciclo de reloj y contaban con un coprocesador matemático mejorado. Como procesador de gama alta aparecería poco tiempo después el Pentium Pro, el cual introdujo técnicas de ejecución especulativa y contaba con una memoria caché de segundo nivel integrada en el encapsulado del microprocesador.

La mayor modificación que ha recibido la arquitectura x86 desde la aparición del 80386 se produjo cuando en 1997 Intel introdujo los procesadores Pentium con tecnología MMX, los cuales disponían de una extensión del juego de instrucciones y usaban un voltaje de funcionamiento del núcleo del procesador de 2,8 voltios. Recientemente la aparición de los procesadores Pentium II ha supuesto una novedad en lo que hace referencia al método de conexión del procesador a la placa base, pero no en lo que a la arquitectura x86 se refiere, ya que básicamente se trata del núcleo de un procesador Pentium Pro al cual se le ha añadido la tecnología MMX.

Los chips de AMD

AMD es, sin duda alguna, el competidor que para Intel puede representar una amenaza más seria, debido fundamentalmente a que este fabricante dispone de capacidad de fabricación propia y puede adaptar el diseño de sus microprocesadores a las tecnologías de fabricación utilizadas en sus plantas de producción. La andadura de AMD como fabricante de procesadores compatibles con la arquitectura x86 comenzó hace ya bastantes años, más o menos en la época en la que el 80286 era el procesador de moda.

En la actualidad, el microprocesador compatible x86 más competitivo de AMD es el K6. Se trata de un procesador totalmente compatible con las placas base diseñadas para los microprocesadores Pentium de Intel, si bien con algunos modelos hay que tener algunas consideraciones especiales debido al voltaje con el que funciona el núcleo del K6. Además, es conveniente que la BIOS de la placa base reconozca a este chip de forma correcta, ya que este procesador dispone de algunas características propias orientadas a mejorar el rendimiento del sistema que deben ser habilitadas de manera específica. Si la BIOS no realiza esta función el usuario puede ejecutar algunos programas que habilitan estas funcionalidades.

Comparándolo con los procesadores de Intel nos encontramos con que el K6 dispone de una memoria caché interna de 64 KB. Al igual que los procesadores más recientes de Intel, el K6 dispone de una unidad de ejecución de instrucciones MMX que, sin embargo, no es tan eficiente como la que s