La historia de la electrónica digital arranca
a principios del siglo XIX cuando George Boole, un matemático inglés, desarrolló
un sistema lógico basado en variables binarias (es decir que pueden tomar sólo
dos valores: 0 y 1). Posteriormente hubo varios intentos de fabricar distintos
dispositivos capaces de efectuar las operaciones desarrolladas por Boole con el
fin de desarrollar mecánicamente operaciones matemáticas. Las operaciones
básicas del álgebra de Boole son las siguientes:
OPERACIÓN ‘Y’ (AND)
F, A y B variable binarias (0 y 1)
Tabla de verdad.
A
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B
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F
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0
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0
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0
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0
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1
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0
|
1
|
0
|
0
|
1
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1
|
1
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| COMPUERTA AND |
OPERACIÓN ‘O’ (OR)
F= A + B
Tabla de verdad.
A
|
B
|
F
|
0
|
0
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0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
 |
| COMPUERTA OR |
OPERACIÓN ‘O’ EXCLUSIVA (XOR)
F= A ⊕ B
Tabla de verdad.
A
|
B
|
F
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
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| COMPUERTA XOR |
FUNCIÓN NO (NOT)
F = A̅
A
|
F
|
0
|
1
|
1
|
0
|
 |
| INVERSOR |
Con el desarrollo de la electricidad fue posible construir circuitos eléctricos que mediante interruptores cumplieran las funciones del álgebra de Boole.
El circuito eléctrico que permite cumplir con la tabla de verdad de la operación 'Y' es el siguiente:
Por lo tanto, dado que los circuitos lógicos se pueden construir físicamente mediante interruptores, los primeros circuitos digitales utilizaron interruptores mecánicos movidos a mano. Más tarde, con el desarrollo tecnológico, se utilizaron relés que son dispositivos electromagnéticos capaces de mover un grupo de contactos. Después se utilizaron válvulas de vacío, que son dispositivos calefaccionados al vacío capaces de controlar la circulación de la corriente eléctrica.
Esta tecnología usaba la primera computadora de uso científico en Argentina en la Universidad de Buenos Aires, en la Facultad de Ciencias Exactas, llamada por los científicos "Clementina".
Con el desarrollo de los transistores fue posible construir estos interruptores muy pequeños mediante silicio.
Los transistores permitieron ser construidos en una misma base o sustrato dando lugar a la aparición de los circuitos integrados.
Con el desarrollo de los transistores fue posible construir estos interruptores muy pequeños mediante silicio.
Los transistores permitieron ser construidos en una misma base o sustrato dando lugar a la aparición de los circuitos integrados.
Circuito que realiza sumas:
El primer microprocesador de 8 bits de Intel fue el 8008 lanzado el 1 de abril de 1972, llegaba a la cifra de 3.500 transistores. Podía realizar 200.000 instrucciones por segundo trabajando a 2 MHz. Para esa misma época Motorola sacaba el 6800; y Zilog sacaba el Z80 (insertar imagenes). Estas tres empresas (Intel, Motorota y Zilog) iniciaron una serie de computadoras personales (Personal Computers; hoy conocidas como PC)
Los primeros microprocesadores de 16 bits fueron el 8086 y el 8088 de Intel. Fueron el inicio de lo que se conoce como arquitectura x86. Estos microprocesadores llegaban a operar a frecuencias de 4 MHz. Motorola sacó para esa época el 68000. A principios de la década del 80 se lanzó al mercado el Intel 80286 que equipaba a las PC IBM AT. Es un microprocesador de 16 bits que contaba con 134.000 transistores y llegaba a operar a velocidades de 25 MHz. Uno de los primeros microprocesadores con arquitectura de 32 bits fue el 80386. Este microprocesador, el último que no requería ni disipador ni ventilador, permitió que Microsoft desarrollara su primer sistema operativo con interface gráfica (GUI Graphic User Interface). En sus diferentes versiones llegó a trabajar en 40 MHz.
Los microprocesadores modernos son de 64 bits, poseen varios núcleos trabajando en paralelo a velocidades del orden de los 4 GHz, es decir, mil veces más rápidos que el 80386. Poseen alrededor de 700 millones de transistores.
En ese momento cada circuito que se desarrollaba podía ser
utilizado para el fin que había sido desarrollado. Las ventajas características
de los circuitos integrados como bajo consumo, facilidad de reemplazo, etc.
Hicieron que muchas empresas intentaran el desarrollo de circuitos integrados
para funciones específicas (como por ejemplo, centrales de alarmas). Esto
resultaba particularmente caro, dado que su diseño y producción exigía
importantes inversiones que sólo podían ser recuperadas en base a grandes
producciones.
La solución a este problema llegó a principio de los años
70s, cuando se crearon circuitos electrónicos digitales programables, es decir,
que se empezaron a fabricar circuitos integrados capaces de cumplir las más
variadas operaciones de acuerdo a
distintos programas. Esto constituyó una verdadera revolución en el campo
digital ya que el mismo circuito integrado se podía vender para diferentes
usos. Cada usuario debía programarlo de acuerdo a sus necesidades.
La historia de la informática está signada por el desarrollo
de los microprocesadores.
Los microprocesadores se clasifican y se denominan en
función del ancho de su bus de datos medido en bits, lo que corresponde con la
cantidad de información que el microprocesador puede trabajar en paralelo.
Se especifica la cantidad de operaciones básicas que puede
realizar medida en ciclos/segundo o Hertz. En la práctica sólo se fabrican
microprocesadores cuyo bus de datos tenga un ancho igual a los sucesivos
valores de las potencias de 2. Existen entonces procesadores de 2, 4, 8, 16, 32 y 64 bits.
El primer microprocesador conocido fue fabricado por la
empresa Intel en 1971, era el 4004. Posee baja capacidad para operaciones
aritméticas y lógicas y un reducido conjunto de instrucciones. Se utilizó en
distintos automatismos y en juguetes. Contenía 2300 transistores y con una
frecuencia de clock de 700 kHz, podía realizar alrededor de 60.000 operaciones
por segundo.
El primer microprocesador de 8 bits de Intel fue el 8008 lanzado el 1 de abril de 1972, llegaba a la cifra de 3.500 transistores. Podía realizar 200.000 instrucciones por segundo trabajando a 2 MHz. Para esa misma época Motorola sacaba el 6800; y Zilog sacaba el Z80 (insertar imagenes). Estas tres empresas (Intel, Motorota y Zilog) iniciaron una serie de computadoras personales (Personal Computers; hoy conocidas como PC)
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| INTEL 8008 |
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| MOTOROLA 6800 |
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| ZILOG Z80 |
Los primeros microprocesadores de 16 bits fueron el 8086 y el 8088 de Intel. Fueron el inicio de lo que se conoce como arquitectura x86. Estos microprocesadores llegaban a operar a frecuencias de 4 MHz. Motorola sacó para esa época el 68000. A principios de la década del 80 se lanzó al mercado el Intel 80286 que equipaba a las PC IBM AT. Es un microprocesador de 16 bits que contaba con 134.000 transistores y llegaba a operar a velocidades de 25 MHz. Uno de los primeros microprocesadores con arquitectura de 32 bits fue el 80386. Este microprocesador, el último que no requería ni disipador ni ventilador, permitió que Microsoft desarrollara su primer sistema operativo con interface gráfica (GUI Graphic User Interface). En sus diferentes versiones llegó a trabajar en 40 MHz.
Los microprocesadores modernos son de 64 bits, poseen varios núcleos trabajando en paralelo a velocidades del orden de los 4 GHz, es decir, mil veces más rápidos que el 80386. Poseen alrededor de 700 millones de transistores.
Proceso de Fabricación
EL proceso de fabricación de los microprocesadores es muy complejo. Comienza con una buena cantidad de arena (compuesta por silicio), que se funde a altas temperaturas (130 C°). A partir de un monocristal de silicio ultra puro. Este procesos es muy lento con aproximadamente de 10 a 40 mm por hora. De este cristal se cortan los extremos y se obtiene un cilindro perfecto. De este cilindro se cortan las llamadas obleas (waffer) que tienen aproximadamente 10 micrones de espesor (10x10-6m).
Para este trabajo se utiliza una sierra de diamantes.
De cada cilindro se obtienen miles de obleas y de cada oblea cientos de microprocesadores. Las obleas son luego pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana. Y luego se someten a un proceso técnico llamado annealing que permite liberar a las obleas de las tensiones internas producidas durante su procesamiento. Después se somenten a una inspección mediante rayos láser para detectar imperfecciones menores a una milésima de micrón. Y por último, se recubren con una capa aislante formada por óxido de silicio.
Terminado este proceso de preparación se comienzan a construir los transistores, diodos y resistores, mediante un proceso que consiste básicamente en la impresión de sucesivas máscaras sobre la oblea, endurecidas mediante luz ultravioleta. Luego serán atacadas por ácido encargado de remover las zonas no cubiertas por la impresión. Este proceso se repite cinetos de miles de veces hasta llegar al chip que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Los transistores construidos de esta forma tienen un tamaño aproximado a 45 nanómetros (45x10-9m).
Sólo para comparar el tamaño de los transistores podemos decir que tienen el tamaño equivalente al diámetro de 200 electrones.
Las salas empleadas para la fabricaión de circuitos integrados se denominan salas limpias y poseen filtros absolutos para filtrar el aire, capaces de retener partículas mayores a 0,1 micrón. Los trabajdores emplean trajes especiales que impiden que se liberen en el ambiente restos de piel, polvo, pelo, etc.
Finalizado el proceso se verifica el funcionamiento de cada microprocesador en forma automática y se marcan aquellos con defectos. Luego los chips son cortados. Ahora cada microprocesador es una placa de unos pocos mm2 sin pines (conexión al exterior) ni cápsula protectora.
Luego cada una de éstas será introducida en una cápsula protectora plástica (en algunos casos cerámica) y conectada a los pines metálicos que permitirán su conexión con el exterior. Estas conexiones se realizan utilizando delgadísimos alambres (generalmente de oro). Luego la cápsula es provista de un disipador térmico de metal que servirá para mejorar la transferencia de calor desde el interior del chip hacia el disipador principal. El resultado final es un microprocesador como los que equipan a las computadoras.
