Hoy queremos repasar uno de los periodos mas prolíficos de su historia a través de la evolución de los procesadores Intel x86 de los años ochenta. Un momento de cambio para las computadoras personales.
El procesador es uno de los componentes más interesantes de PC por su importancia, historia y evolución. De toda ella, pocas compañías hay más involucradas en todos los puntos citados que el gigante azul de los semiconductores; Intel ha sido un protagonista contante a lo largo de la vida de esta pieza.
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Siete años de evolución continua
El periodo de tiempo que queremos abarcar en este texto data de 1982 hasta finales de los ochenta; durante ese tiempo, los procesadores basados en la arquitectura x86 vivieron uno de los desarrollos más rápidos y destacados de la historia de la computación moderna y sentaron algunas de las bases de cómo entendemos hoy día la electrónica doméstica.
Hablaremos del Intel 80286 y su implementación en los IBM PC/AT, de los Intel 80386 y el alzamiento de los clones de PC a través de Compaq, así como del lanzamiento y desarrollo del Intel 80486 y las bases de lo que después sería Pentium. Un recorrido general por la historia de la computación.
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El Intel 80286 (también conocido como iAPX 286, o i286) es el sucesor directo de los procesadores Intel 80186 y 80188, todos pertenecientes a la familia de procesadores x86 y fue la CPU de preferencia de los PC domésticos fabricados por IBM desde su lanzamiento hasta bien entrados los años ochenta, continuando la relación entre Intel e IBM.
Algunas de sus especificaciones de los x86
El i286 fue un salto importante en cuanto a especificaciones con respecto a la anterior iteración de procesadores x86. La arquitectura P2 usaba un bus de datos de 16-bits (de ahí la categorización del procesador) y un bus de direcciones era de 24-bits, una clara evolución con respecto al 80086 original. Mientras que sus frecuencias giraban de los 4 MHz a los 25 MHz en las últimas revisiones.
Destacan las mejoras a la hora de ejecutar instrucciones por ciclo de reloj y la inclusión de nuevos sets de instrucciones que disminuían drásticamente el tiempo necesario para realizar algunas tareas; algunas de ellas necesitaban menos del doble de ciclos del reloj para finalizarse.
Primeros pasos en la multitarea en los primeros x86
El i286 se caracterizó por el uso de dos modos de funcionamiento, pensados para el uso de aplicaciones multitarea, hablamos del modo protegido y el modo real.
El modo real (modo de dirección real) era el que entraba en rigor por defecto en el procesador. Mantiene la compatibilidad con procesadores anteriores de la familia x86 y se caracteriza por el acceso directo del software a la BIOS del sistema. Gracias a esta retrocompatibilidad, los procesadores i286 podían usar todo el software desarrollado para sus predecesores, lo que los convertía en un procesador muy versátil. Destacamos que era el modo en el que trabajaba el sistema operativo MS-DOS y las primeras versiones de Microsoft Windows.
El modo protegido, por otro lado, daba al procesador la capacidad de realizar procesos multitarea gracias a la capacidad de conmutar dos procesos distintos de forma rápida. Su nombre deriva del acceso limitado a las instrucciones del equipo por parte de los programas (aparece la figura del supervisor) para evitar conflictos al usarse en conjunto; por desgracia, esto eliminaba la compatibilidad de gran parte del software, incluido el nombrado MS-DOS.
Un debut de la mano de IBM
El i286 se lanzó en la tercera generación de ordenadores personales de IBM, el PC/AT. El tremendo éxito del sistema de la compañía neoyorkina catapultó las ventas del microprocesador y el establecimiento del modelo AT como estándar en la computación doméstica fomentó la creación de software compatible con la arquitectura de Intel.
Como es habitual en la época, Intel no fue la única fabricante. Compañías como la propia IBM, o la actual AMD fabricaban modelos similares y compatibles, en algunos casos (como el de Harris Corporation, o la propia AMD) llegando a superar ampliamente la velocidad del modelo original desarrollado por Intel.
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Tras el lanzamiento del Intel 80286 llegaría su revisión, el Intel 80386 (o i386). Este procesador aspiraba a mejorar las características presentadas en el i286, añadiendo nuevos modos de funcionamiento y numerosas novedades en la arquitectura x86. Tal fue el adelanto que sentaría las bases de los procesadores posteriores, al menos, hasta la aparición de los chips P6.
Los “clones” de Intel e IBM
El i286 original era un procesador diseñado para ser producido de forma sencilla y eficiente; poco después de su lanzamiento original, y debido a su éxito, el resto de los fabricantes comenzaron a producir y vender sus propias versiones del modelo. Algunas de ellas con mejoras sustanciales con respecto al original, especialmente en las frecuencias alcanzadas.
El i386 era, en su lanzamiento, un procesador caro en su producción y su implementación; tal vez esa fuera la razón por la que IBM no comenzara a usarlo hasta 1987, espacio que aprovechó la compañía Compaq (conocida por sus PC asequibles compatibles con IBM) para lanzar al mercado el Compaq Portable 386/III y tomar la delantera a la oferta de PC IBM. Comenzaría la edad de oro de los clones basados en los ordenadores de la compañía norteamericana.
Intel tampoco quedó impune de copias por parte de otras compañías; ese fue el motivo por el que el i386 no se licenciara para su fabricación fuera de las fábricas de la compañía de Mountain View. Sin embargo, compañías como AMD y Texas Instruments seguían desarrollando procesadores basados en el i286 cada vez más rápidos y asequibles; para combatirlos, Intel desarrolló el i386SX, una versión económica del i386 original con ciertas similitudes al i286 y más fácil y barato de producir. La estrategia surtiría efecto hasta principios de los noventa, cuando comenzaron a aparecer versiones del i386 original de parte de AMD con el Am386 y Cyrix con sus Cx486.
Los poderosos procesadores P3
Aunque no sería un salto tan sustancial en cuanto a velocidad como el i286, el i386 si que supuso un importante adelanto para los procesadores x86. La frecuencia aumentó drásticamente, hasta los 12 MHz en los primeros modelos, llegando a 40 MHz en posteriores. También se dobló el bus de datos hasta los 32-bits y se aumentó el bus de direcciones también hasta 32-bits, así como se introdujeron importantes cambios la ejecución de instrucciones, apareciendo el conjunto de instrucciones IA-32.
Debido al IA-32 la compatibilidad con el software del i286 fue limitada, pero su implementación sentaría las bases de la arquitectura x86 durante los próximos 20 años, e influiría en los conjuntos de instrucciones x86-64 (Intel 64 para Intel) que usamos en los equipos de domésticos actuales.
Por otro lado, los procesadores i386SX trabajaban con un bus de datos de 16-bits y un bus de direcciones de 24-bits, por lo que era más lento, como su predecesor, aunque mantenía el diseño interior del chip, que sí que contaba con otras mejoras importantes.
Nuevos modos, mismos problemas en x86
Otro punto destacable del i386 fue la implementación, de nuevo, de diferentes modos funcionales. Volvía a aparecer el modo real y el modo protegido por cuestiones de compatibilidad, pero hacía acto de presencia un modo protegido propio con importantes novedades, como la eliminación de segmentos o la virtualización de varias sesiones.
Por desgracia, su pobre implementación continuó siendo el principal lastre para estas novedades; continuó siendo un importante limitador de las capacidades de estos procesadores hasta la aparición de sistemas operativos más avanzados.
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Tras el incontestable éxito del i386, Intel desarrolló la siguiente generación de procesadores x86 con el objetivo de mejorar lo que había conseguido con el i386. Así nacerían los procesadores P4, conocidos mundialmente como los Intel 80486, o i486.
El coprocesador 387 y el i486SX
Los procesadores i486 son muy similares a su anterior generación a nivel interno, salvo por la integración del coprocesador 387; este chip incluía una unidad de coma flotante y caché unificado dentro del circuito, desde él comenzarían a hacerse cada vez más común los procesadores de chip monolítico. Por lo demás, seguía siendo un procesador de 32-bits en el bus de datos y el de direcciones y el resto de las mejoras giraban más en torno a la optimización del conjunto de instrucciones, o el aumento de las frecuencias, que otros factores.
Sin embargo, existía una variante del i486, el i486SX, que prescindía de este coprocesador para abaratar costes. El i486SX no tenía un tamaño del bus diferente de su original (al menos por parte de Intel), por lo que resultó un chip muy popular por su menor precio.
La obsesión por las altas frecuencias
Lo que sí que trajo el i486 fue el inicio de la fiebre de los MHz en los procesadores. Intel introdujo, gracias a la inclusión de la memoria caché integrada, la duplicación de las frecuencias internas del reloj, su denominación era Intel OverDrive. A través de ellas, los procesadores i486 podían operar al doble (Y más tarde el triple) de sus frecuencias para la finalización de instrucciones, beneficiándose aquellas más largas.
El primer procesador con estas características fue el i486DX2, que duplicaba la velocidad del reloj de los 25 MHz, hasta los 50 MHz. La última iteración de este tipo fue la del i486DX4, triplicando las frecuencias hasta alcanzar los 100 MHz, aunque la más potente vino de la mano de AMD con el Am5x86-P75+ que alcanzaba los 150 MHz.
Los procesadores compatibles entran de nuevo y se amplian en x86
Las similitudes entre la arquitectura de los procesadores i486 e i386 puso las cosas fáciles a los fabricantes de procesadores compatibles con i486. Tras la desaparición de las licencias con el lanzamiento de los i386, el público comenzó a denominarlos popularmente como “clones”, aunque este término sólo se aplicara a aquellos idénticos (internamente) a los originales.
Uno de los fabricantes más prolíficos de procesadores de este tipo de AMD, llegando incluso (como ya hemos mencionado) a lanzar modelos más potentes que las variantes de Intel, aunque su mayor baza en el mercado seguía siendo su precio más asequible. Esa era también la línea de Cyrix, resultado de la ingeniería inversa de procesadores Intel sus procesadores no rendían exactamente igual, por lo que se apoyaban en precios asequibles.
Otros nombres de interés podrían ser IBM o Texas Instruments, aunque su presencia era menos fuerte que en estadios anteriores de la familia de procesadores x86.
Unas palabras finales acerca de los procesadores x86
Los procesadores de la familia x86 vivieron algunos de los cambios más destacados de su historia durante esta época. No en vano, se sentaron la bases de muchos de los elementos que nos acompañarían años después de que vieran la luz en estas generaciones.
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Sin duda, se trata de uno de los periodos más bonitos de la computación moderna, y los primeros estadios de la computación doméstica tal y como la conocemos hoy. Si quieres saber más sobre este componente, te invitamos a leer nuestro artículo sobre el salto generacional de Intel Pentium 4 a Intel Core.
