Arquitectura de Microprocesadores - Calculadora

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  Creacion de una calculadora didactica simple
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  Arquitectura de microprocesadores. La mayoría de los modernos dispositivos electrónicos como los teléfonos móviles, los computadores portátiles, tabletas, reproductores musicales digitales, etc., emplean como corazón de cada sistema un elemento construido a partir de silicio y que se conoce como microprocesador o simplemente procesador. Un microprocesador es esencialmente un dispositivo electrónico capaz de realizar tareas particulares de control sobre un sistema electrónico y su característica fundamental es la capacidad de tomar decisiones sobre una determinada salida dependiendo de condiciones específicas del conjunto de entradas. Conviene establecer en la definición de la función de microprocesador, que el nombre de este dispositivo viene de otro concepto más general: Proceso. Un proceso puede definirse como el conjunto de actividades relacionadas entre sí y aplicadas sobre un conjunto de entradas o insumos para transformarlas para entregar un resultado o  producto definido. Desde esta definición se aprecia el srcen del término procesador asociado a estos dispositivos electrónicos aunque para diferenciarlos de otros procesadores (industriales por ejemplo) se suele agregar el término electrónico análogo o digital. Origen de los microprocesadores. La idea del procesamiento automático, es decir no gobernado por un humano, es muy antigua. Son variados los ejemplos de automatización presentados tanto de forma teórica como práctica desde la antigua Grecia. Es muy famoso el dispensador de vino creado por Herón de Alejandría así como los dispensadores de agua para los peregrinos. En el renacimiento son muy conocidos los trabajos de Leonardo da Vinci y los diseños de autómatas de Al-Andaluci. Pero fue durante la industrialización que realmente se dieron pasos hacia el concepto de automatización y en particular de controladores de proceso. Uno de los más interesantes ejemplos de esta tendencia es el telar automático de Jacquard de 1801. Proceso Entradas Salidas   El telar de Jacquard es especial porque por primera vez una maquina no solo automatizaba el proceso de producción, sino que este proceso era programable con el fin de modificar el producto (el tipo de tela). Es además notorio que el mecanismo de programación empleaba tarjetas perforadas, mecanismo que posteriormente fue empleado por Hollerith en su famosa maquina de censos en Estados Unidos de América. Los nombres más importantes en la tecnología de procesamiento de información como Ada Lovelace y Charles Babbage con su ingenio diferencial mecánico programable, están asociados a esta floreciente edad de la historia de la tecnología de la información. Pero indudablemente es durante el periodo transcurrido entre finales del siglo 19 y mediados del siglo 20 donde el microprocesador es concebido y desarrollado. La influencia de la primera y segunda guerra mundial empujó a los ingenieros de la época a construir mecanismos de cálculo balístico y de procesamiento de información (asociada a radares y códigos criptográficos) que requirieron de capacidades de computación muy superiores a los disponibles a través de sistemas mecánicos disponibles en la época. Esta necesidad coincide con el surgimiento de la tecnología de control análogo de señales eléctricas y con el Ilustración 1 Dispensador simple Ilustración 2 Telar de Jacquard (http://www.avlusa.com/catalog/looms/jacquard-loom/)  planteamiento de la matemática booleana como soporte de representación en sistemas eléctricos, dando srcen a lo que sería posteriormente la electrónica digital. En las décadas de los años 40 a 60, nombres como Von Neumann y Turing conformaran la teoría general de computación y determinaran los cimientos fundacionales de la teoría de las ciencias de la computación. Los primeros procesadores digitales electrónicos fueron desarrollados a partir de válvulas electrónicas, esto srcinaria una limitación tecnológica importante que estancaría el desarrollo de sistemas económica y espacialmente sostenibles. Estas primeras maquinas permitieron establecer la estructura lógica de hardware necesaria para que un sistema digital fuera capaz de realizar tareas programables. Tales tareas eran programadas mediante el re-cableado del sistema lo que dio srcen al término “lógica cableada” (wired logic) que podría definirse como la primera forma de lenguaje de programación. El invento revolucionario de la década de los 50 fue el transistor. Un transistor realiza las mismas tareas que las válvulas electrónicas pero sin la complejidad mecánica (estructura, rejilla, cátodo y ánodo), ni los requerimientos de potencia eléctrica de los tubos de vacío. Con el transistor se srcino la llamada miniaturización tecnológica que permitió almacenar de miles a millones de transistores en un área de semiconductor cada vez más pequeña. Ilustración 3 Computador ENIAC ( http://thecustomizewindows.com/2011/01/major-trends-of-evolution-of-the-computer-1950-2010/)  Ilustración 4 Replica del primer transistor.  En los años 40, Von Neumann y otros, desarrollaron la idea de una arquitectura de procesadores en la que los datos y el programa están almacenados dentro del mismo procesador dando lugar a la definición de los componentes de una unidad central de proceso CPU que se emplea en el mundo actual y que apoyada en la tecnología miniaturizada de los transistores, permitió desarrollar un sistema de proceso digital dentro de un mismo circuito integrado. Comercialmente los primeros sistemas de computo formales fueron desarrollados para grandes compañías con necesidades elevadas en el manejo de inventarios, nominas y cálculos impositivos complejos. Uno de los más notorios proveedores de estas maquinas, fue fundado por Hollerith y se conoce hoy en día como IBM, que en los 50’s y 60’s contribuyo con el desarrollo de hardware y software de aplicaciones comerciales. Una empresa en particular, Intel, ha sido determinante en la tecnología de procesamiento digital y es justamente el desarrollador del primer procesador digital formal en un solo circuito integrado para aplicaciones comerciales. Desarrollado en 1971 para ser usado en calculadoras electrónicas, el circuito integrado Intel 4004 fue un procesador digital de 4 bits, capaz de realizar 60.000 operaciones por segundo gracias a los 2300 transistores que lo forman. Ilustración 5 UNIVAC, primer computador comercial   Ilustración 6 INTEL 4004
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