Arquitectura x86, una historia imprescindible de la informática

#22   #13 No estoy para nada de acuerdo. ¿Que x86 es una chapuza? Sí, y más desde el Pentium 4, que era el plan B en caso de que su flamante arquitectura EPIC (procesadores Itanium) no cuajara. El problema es que, por mucho que lo han intentado, nadie ha conseguido crear una arquitectura que en la práctica dé más potencia de cálculo que los actuales x86. El Itanium fue un desastre y el Itanium 2 casi nadie sabe que existe. Incluso creo que va a ser el último de su familia, por el escaso éxito en ventas.
En los inicios sí es verdad que tenía un rendimiento regular en comparación con la competencia y fue IBM y su PC el que hizo que fuese el más usado, pero tantos años de optimización han dado sus frutos.
Por algo Apple se pasó a x86, era la única forma de poder tener computadoras potentes a un precio aceptable y con un consumo "decente". Ni los Alpha de digital (cuya tecnología fue copiada por AMD para su bus frontal) ni los Sparc han conseguido un mayor rendimiento. Hoy día los procesadores intel/AMD son un monstruo de Frankenstein, una mezcla de RISC en el backend y CISC en el frontend, y sorprendentemente funcionan muy bien.

#21 Hay muchas imprecisiones, por ejemplo cuando habla de P4 comenta de que hay instrucciones más complejas y tal... lo que no comenta es que el P4 tenía 21 etapas de segmentación (21 ciclos de reloj) en su línea de trabajo estándar para completar una instrucción, por lo que en realidad el rendimiento por ciclo era mucho peor que en el Pentium III. Tanto era así que el P4 a 1.3Ghz (la versión más baja) tenía menos rendimiento que un P3 a 1 Ghz. Por eso el P4 se llegó a vender a 3.0 Ghz (la versión Extreme llegó a los 3.7 Ghz, pero con 31! etapas), y cualquier procesador posterior rinde una barbaridad más a una frecuencia mucho menor.

Otra imprecisión es la "facilidad de programación". En los inicios, cuando se programaba en ensamblador, cualquiera que hubiese programado un Motorola 68000 echaba pestes de las instrucciones x86.
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#27   Lo curioso de la situación es que las cronologías de los procesadores (me) llevan a comparar momentos distintos:

1) 8080 -> 8088 (PC) -> 8086 -> 80x86 -> x86-64
2) 8080 -> Z80 (Amstrad, Sinclair, ...)
3) 6800 -> 68000 (Atari, Commodore, Apple, ...) -> 68010 -> 68020 -> 68030 -> PowerPC
4) 6800 -> 6502 (Commodore, Apple, ...) -> ARM

Seguimos con las mismas arquitecturas, básicamente, que hace 35 años.

#22 Los avances de Intel no siempre han sido de Intel. Robó cosas de DEC (hubo juicio), robó cosas de Transmeta (hubo juicio) y ha copiado a todas las demás empresas de procesadores que ha podido. De hecho, el éxito original de Intel tuvo que ver más con un enchufe que con su capacidad: el diseñador del IBM PC original era ex-trabajador de Intel y por eso eligió el 8088 en lugar del 68000, por ejemplo, cosa que hubiera preferído (mejor diseño que el remiendo que era el 8088).

Por remiendo me refiero a que el 8086 era una versión 16 bits del 8080 y el 8088 era una versión recortada (lo mismo que el 68008, que casi ni se uso, excepto en el Sinclair QL). El 68000 por el contrario no era una versión del 6800; sólo compartían el bus externo en el 68008 y por abaratar las placas. El resto era totalmente nuevo. Por eso no tuvieron problemas a la hora de pasar a 32bits internos y externos, porque el procesador era de 32 bits directamente, con una memoria a la que se accedía directamente, sin usar la chapuza del solapamiento de bits.

Si Apple se pasó a Intel no fue por la razón que dijo de cara a la galería. De hecho, poco tiempo después de pasarse Apple a Intel, los PowerPC superaron (otra vez) a los Intel en velocidad. En su momento se habló bastante de un acuerdo económico entre Apple e Intel, lo cual estaría muy en la línea de este (si no puedo ganar por diseño o potencia, gano por dinero).

En cuanto a los Alpha y los SPARC, y si quieres añadimos los SuperH y los ARM durante años ¿comparamos presupuestos de desarrollo? Intel está donde está por el braguetazo que dio con el PC.

PS: ¿Alguien recuerda el método para pasar de modo protegido a modo real del 80286? ;)
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#29   #27 Bueno, no sé si Intel hizo precio especial a Apple o no, pero los PowerPC consumían y se calentaban más que los Core Duo de Intel y no veían cómo meterlos en un portátil sin que la batería durase un suspiro.

Por lo demás estoy de acuerdo contigo, y es lo que intentaba decir: Intel le ha dedicado tanta I+D (y espionaje, industrial, como comentas) a su arquitectura que ni ellos mismos son capaces de hacer una nueva "limpia" y que rinda mejor. Y el resto de competidores están a años luz. ARM es una gran arquitectura en la relación prestaciones/consumo eléctrico, pero un ARM en un sobremesa, por mucho que quiera usar más energía, no supera a un x86. Es ahora que la potencia "sobra" que los fabricantes están empezando a poner ARM en servidores para poder ahorrar energía (un servidor que sólo se encargue de tareas I/O no necesita un Xeon y si está 24/7 el ahorro en consumo se nota mucho).
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#31   #29 No sé si lo sabes, pero los ARM salieron para sobremesa ;) Además, nada impide a ARM sacar un diseño más potente... y con más consumo. Lo que pasa es que está bastante cómoda sin tener que pelearse por un mercado que, según previsiones, será cada vez menos relevante cuando tiene a otro cada vez más relevante en el bolsillo (en los smartphone reinas de manera indiscutible). Como mucho, igual podrían intentar meter la nariz en las consolas de sobremesa, pero tampoco lo veo claro (desde el punto de vista empresarial).

Eso sí, me encantaría que entraran aunque fuera de puntillas en los de escritorio... pero va a ser que me quedaré con las ganas.
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#34   #27 Supongo que acuerdo económico de Apple e Intel hubo, pero eso de que PowerPC sobre pasó a x86 en rendimiento no sé de dónde lo sacas. Apple dejó los PowerPC porque su rendimiento estaba estancado ya desde el G4 y el G5 era un calefactor que obligaba a meter cosas como refrigeración líquida en los sobremesa y que era impensable incorporar a un portátil. Por aquel entonces Apple estaba obligada a poner G4s en los portátiles, que si ya de por si iban cortos en rendimiento más aún por ser de una generación anterior.

#31 Donde están empezando a meterse es en el mercado de servidores. La relación consumo/potencia de los ARM es muy golosa para un CPD.
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 *   Xtampa2 Xtampa2
#36   #34 Me refiero a que la queja, de cara a la galería, fue que Motorola no era capaz de sacar un PowerPC a 3GHz (creo recordar esa cifra) y resulta que salió antes el PowerPC a 3Ghz que el Pentium a 3GHz. No digo que no fuera una parrilla ideal para freír salchichas. De hecho, no había caído en lo que dices de los portátiles. Claro, que si lo piensas, Motorola podría haber sacado una versión de bajo consumo (-> menos calor) pero no tenía en aquel momento recursos suficientes para hacer por un lado una versión más potente y por otro una con menos consumo (supongo). Después de todo, en aquel momento casi que tenía sólo a Apple como cliente de los PowerPC.
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#75   #36 Fue IBM el que hizo la promesa porque el G5 era cosa suya. Motorola ya se había apeado del consorcio a finales del ciclo del G4, que tampoco evolucionó todo lo bien que se esperaba, por eso Apple tuvo que empezar a meter máquinas con doble procesador. Y el G5 de 3 GHz yo creo que no salió, se anunció pero como Apple decidió cambiar a Intel, fue finalmente cancelado.
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#30   #28 Hombre, según tengo entendido (corregidme si me equivoco), la forma de tratar la memoria de x86, por segmentos hasta alcanzar un megabyte, es horrenda. Pero a partir del 386 existe el modo protegido, o modo flat, que permite acceder linealmente a los 4 GB de memoria. Este modo era el que proporcionaba el famoso "cargador" DOS/4GW que llevaban muchos juegos de la época de MSDOS. (Sí, tengo mis añitos). Y por supuesto, también en x86_64.
Edit:
#27 Yo no me acuerdo, jeje. En cuanto al 68000, suscribo lo que dices. Era una arquitectura mucho mejor pensada que la x86.
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 *   buloso
#32   #30 Sí, pero después de hacer cagadas en el diseño como olvidarse de poner una instrucción (o un procedimiento rápido) para pasar de modo protegido a modo real en el 286. Tenías que poner un valor concreto en un registro concreto y hacer un reset cada vez que querías ir en esa dirección. De modo real a protegido era mucho más fácil. Supongo que pensaban que nadie querría usar el modo real una vez probaran el protegido... sin tener en cuenta que existía el MS-DOS y era lo más usado. Imagino que esperaban que saliera algún nuevo MS-DOS que trabajara todo el rato en protegido o algo así, porque sino no lo entiendo.
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#37   Interesante, desconocía toda esta trama del RISC/CISC, la arquitectura x86 y ARM. Veo que hay expertos por aquí (#13, #22, #27, #30,..).

Según entiendo, ARM es mucho más eficiente enérgeticamente que x86, de hecho en la actualidad muchas maquinas podrían utilizar esto y consumir menos energía (mas duración de la batería, uno de los grandes problemas). Quizás vale la pena perder un poco de potencia de cálculo ganar algo en batería? ¿Tanta es la diferencia?

¿Se prevé un futuro donde ARM tome protagonismo frente el x86?

Sobre el tema de las retro-compatibilidades del x86 y los monstruos de Frankeintein que son ahora realizando traducciones de CISC a RISC dentro suyo y desperdiciando potencia de calculo, porque directamente no se establece un punto donde no haya compatibilidad con lo anterior y se hacen las cosas bien hechas? ¿Es viable migrar aun modelo con solo instrucciones RISC?

Me habéis despertado la curiosidad malditos!
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#44   #38 Teniendo en cuenta que puedes hacer funcionar en un x86/x86-64 juegos que están creados para procesadores 6502, Z80, 68K, 65C816, ARM7, MIPS, PowerPC (Broadway), ... no veo el problema en que los juegos de x86/x86-64 se pudieran utilizar en otra arquitectura.
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#48   #44 hombre el problema estaría en que si lo emulas es un bajón de rendimiento o sino tienes que simplemente volver a hacer los juegos
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#52   #48 Claro que hay bajada de rendimiento. Hace falta una buena máquina para emular una Wii, pero eso no significa que no sea un equipo normal en poco tiempo. Los juegos actuales se podrían emular a su velocidad en no demasiado tiempo. Además, cualquiera que juega a un juego emulado sabe que no va a ser como el original a menos que sea un juego muy antiguo (10 años o más).

En cuanto a lo de volver a hacer los juegos, no sería algo raro. Eso mismo es lo que pasa con los multiplataforma y nadie se rompe las vestiduras... salvo cuando las versiones van en plan máximo común denominador (se hace para la menos potente y se copia a las demás).
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#58   #52 evidentemente se puede hacer, pero es un problema, ellos prefieren dejar las cosas como están y creo que intel es arrastrada por el mercado en el tema de los x86. Por ellos hace tiempo que lo habrían dejado pero es el mercado el que no les deja.
A mi me parecería perfecto lo de borrón y cuenta nueva, total lo de la retrocompatibilidad hoy día vale para más bien poco y en el tema de los juegos no es indispensable, las consolas no han sido siempre retrocompatibles y ahí están. Las aplicaciones de escritorio se saca la ultima versión para la nueva arquitectura y punto. Si hoy dia son todo lenguajes de alto nivel y aplicaciones web que no serían ningún problema.
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#47   #37 Bastaría con que dejara de tener tanta importancia Windows. Cualquier otro sistema no tendría demasiado problema en pasar a otra arquitectura. De hecho, quitando Windows y MacOS, casi todos los SSOO son multiplataforma.
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#50   #46 Sí pero tiene la ventaja de que te permite usar una aplicación o un juego antiguo sin tener que bajar al trastero a desempolvar un dinosaurio mientras rezas por que siga funcionando. Tener un cacharro distinto para cada cosa además es mucho más desperdicio de potencia por que sólo usas uno a la vez.

De hecho una de las cosas que hace que Linux no triunfe más es el desprecio que hay en general por la compatibilidad. En equipos antiguos siempre pasa algo, actualizar y que por un problema de compatibilidad la pantalla deje de funcionar y tengas que modificar el arranque es de lo más cómodo... y el último Ubuntu ya es la polla, va más lento en ellos que Windows 7 y si la pantalla tiene poca resolución no hay forma de utilizar sus pantagruélicas e irredimensionables ventanas de configuración.

#47 Pero no se adaptan tan bien al hardware... No te imaginas cuál fue mi sorpresa cuando en una especie de netbook de 7" que tengo tras probar Windows XP y Ubuntu, instalé Windows 7 con toda su horrorosa herencia y compatibilidad, y a pesar de ello, les saca a los otros 2 una hora de batería (y pasar de 2 tristes horas a 3 se nota).
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#54   #50 ¿Desprecio por la compatibilidad en Linux? ¿En qué? Funcionan cacharros que en Windows dejaron de funcionar hace una década. Y si te refieres a compatibilidad de los programas, mientras haya actualización de las librerías correspondientes no suele haber problemas.

Por cierto, uso Ubuntu, pero no lo pongas como ejemplo de Linux bien hecho, haz el favor. Sobre todo si te refieres a usarlo con Unity, que será muy bonito, pero de ligero no tiene nada. Otra cosa es si tiras de Lubuntu o Xubuntu, que entonces va más rápido que XP en el mismo equipo.
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#65   #54 En linux, a base de muchas distros tienes de todo. Pero la compatibilidad no se respeta tanto como en Windows en una sola, donde además su mero peso en cuota hace a los fabricantes esforzarse más. Por ejemplo, llegó a Menéame una noticia en la que Linus se cabreó por que alguien quería introducir una característica que se cargaba la compatibilidad con algo y dijo que "no importaba".

Claro que en equipos viejos no hay muchas opciones a no ser que quieras usar un Windows desactualizado y sin soporte y sabe dios en qué estado, pero en los intermedios, los que aún son funcionales, en Linux hay muchos problemas que no ayudan, desde la fragmentación, hasta que la distribución que usas tome un camino extraño pasando a ser bastante cuestionable, como pasa con la más popular, y te quedes enseguida sin soporte (hasta al fecha el soporte de las versiones de Windows es muucho más largo).

Y luego está el problema de la batería, ¿de qué sirve un SO ligero si a pesar de ello traga más batería que Windows 7 con todas sus transparencias? Eso es lo que defiendo, Windows 7 (de 8 no puedo hablar mucho) a pesar de arrastrar muchas supuestas lacras como el NTFS, es casi seguro que en un equipo mínimamente actual va a funcionar y lo va ha hacer exprimiéndolo al máximo. Y en equipos más viejos (menos de 1GB de RAM o 512 ampliables) más vale cambiarlos por que gastan más de luz que lo que cuestan :-P Como ya te he dicho, probé Ubuntu 12, 9, y Windows XP, sin probar Win7, y fue mi sorpresa cuando al instalarlo para hacer una prueba gastaba menos con wifi que los otros 2 sin él, hacía menos ruido y funcionaba perfectamente.

#64 En Ubuntu (que es del que he hablado) el mismísimo menú inicio no cabe en una pantalla pequeña, y la ventana de configuración principal, así como el mismísimo instalador, tampoco. Y respecto a Windows 8, la parte que no funciona es la de tablets, que además es bastante irrelevante. Las ventanas se pueden redimensionar con normalidad. Además, cuestiono bastante a Windows 8, pero lleva poco tiempo y aún pueden corregir cosas. En cualquier caso a Windows 7 le queda muuucho soporte así que nadie está obligado a actualizar.

Además, para qué demonios iba a querer Win8 en un i686? Estos usuarios de lunix...
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#66   #65 Hay un punto en el que te contradices: te quejas de que no se respeta la compatibilidad hacia atrás y pones un ejemplo en el que Linus se pilló un cabreo (y muy lógico por su parte) porque un programador estaba emperrado en meter un código en el kernel que se cargaba programas existentes. Incluso llegó a decirle que si había un problema entre los programas existentes y el kernel, por defecto era problema del kernel ¿Dónde ves tú que no se respete la compatibilidad?
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#72   #70 wintablet.info/2012/03/%C2%BFpor-que-hay-una-resolucion-minima-en-wind

#65 Instala Powertop, laptop-mode, sdparm, pmtools y jupiter y vuelve a comparar. Y normal que Windows 7 gaste menos, los fabricantes trucan sus portátiles con mierdas de tablas ACPI no compatibles con el standard al igual que hace Apple.

Así cualquiera.
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 *   Ander_ Ander_
#64   #50 "y si la pantalla tiene poca resolución no hay forma de utilizar sus pantagruélicas e irredimensionables ventanas de configuración."

Eso pasa con Windows 8, imposible meter algo menos que 1024x768. En Linux si se pueden redimensionar, y mover con alt+click aunque no puedas hacer click en el titulo. En Windows, NO.

Si no sabes usar Linux, el problema no está en el PC si no entre el teclado y la silla.

Por cierto en Linux puedo usar hardware antiguo, como sintonizadoras de TV viejas conectadas al VHS o scanners viejos que me prestan. En Windows...

pffffffffffffft. Ni de coña.

Avísame cuando 8 arranque en un i686.
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 *   Ander_ Ander_
#70   #64 ¿Menos de 1024 x 768? ¿En serio me estás diciendo que un problema real de Windows 8 es que necesita como mínimo 1024x768 de resolución para funcionar?
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#59   Por cierto no podría terminar de opinar en esta noticia sin decir que los procesadores Alpha eran mis preferidos en cuanto a diseño, tan elegantes. No por cualquier cosa eran el ejemplo a seguir en modelos de otras marcas. También se ven al detalle en algunas universidades en las asignaturas de arquitectura de computadores para estudiar predictores de salto y demás historias. -> en.wikipedia.org/wiki/Alpha_21264

#37 Yo diría que los procesadores ARM no tienen mucho que hacer en el campo de lo que es la informática tradicional, pero últimamente se veían ciertos movimientos para integrarlos en netbooks y cosas así. En principio un menor gasto energético no debería penalizar el rendimiento. La principal forma de lograrlo es tener instrucciones más simples, evitar ciertas mejoras en el cauce (ahí viene la penalización al rendimiento) y finalmente programar con algoritmos más eficientes (menos e/s, localidad espacial y temporal de las caches de CPU). Un ejemplo de lo segundo lo puedes ver aquí en.wikipedia.org/wiki/Hyperthreading#Drawback_history, precisamente es ARM criticando el Hyperthreading de Intel por su ineficiencia energética. De todas formas las mejoras en la autonomía de las baterías está haciendo que se replanteen incluir estas mejoras en sus chips.
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#67   Veo mucho aficionado a la arquitectura de ordenadores :-) #13 #14 #18 #22 #25 #27 #35 #37 #59

Tal vez os interese ver fotos de alta resolución de las entrañas de algunos micros en visual6502.org. La he descubierto hoy mismo y ya le estoy dando vueltas a la idea de hacerme algún póster ;)

Os dejo enlaces a varios ejemplos. ¡¡OJO!! Algunos llevan a archivos muy grandes.

MOS Technology’s 6502 CPU (1975) Apple I, II, Commodore PET, C64, Atari 2600 (6507), Atari 400, 800, Nintendo NES
visual6502.org/images/6502/6502_pad_annot_07.png
visual6502.org/images/6502/6502_top_op10x_BF_4677.png (60 MB)
visual6502.org/JSSim/index.html (Esto es un simulador online de la arquitectura física del micro!!!!)

Motorola 68000
visual6502.org/images/68000/Motorola_68000_die_20x_1c_noMetal_6500w.jp (20 MB)
visual6502.org/images/68000/Motorola_68000_die_20x_1c_noMetal_10000w.p (238 MB)
visual6502.org/JSSim/expert-6800.html (Simulador)

Intel 8086
visual6502.org/images/8086/8086_5x_top_cwP025614_4301w.jpg (10 MB)

Intel 80286
visual6502.org/images/80286/Intel_80286_die_shot_20x_1a_1600w.jpg (50 MB)
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#69   #67 Viendo los mapas se me ha pasado por la cabeza calcular el tamaño que tendría con la tecnología de ahora el 6502... creo que hay granos de arena más grandes xD
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#71   #37 La diferencia: www.phoronix.com/scan.php?page=article&item=samsung_exynos5_dual&a

Los procesadores ARM más potentes no tienen nada que hacer con un i7, pero en cambio están a la par de un Atom.
Lo que pasa es que el Atom no obliga a recompilar nada, con lo que parte con ventaja (Un Atom es muy barato y además ya consume poco, menos de 20W a toda potencia). Aún así, puede que ahora que Windows8 ha sido compilado para ARM aparezcan portátiles de gama baja con procesadores con esta arquitectura.


En principio, como las instrucciones RISC son más sencillas, se requiere más cantidad de instrucciones para hacer lo mismo que con CISC, lo que significa un aumento del uso de la memoria RAM, cachés más grandes... pero no sé si eso significa algo a estas alturas: si el procesador tiene una arquitectura más sencilla, puedes usar más transistores en otras cosas: estamos hablando de unos mil millones de transistores en un procesador hoy día, la mayoría dedicados a la caché.
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#39   #27 el problema es que los x86 siempre han sido 100% compatibles hacia atras y eso es un problema de cara a la evolución. Motorola no hacia eso por ejemplo entre el 68000 y el 68020 y demás desaparecián instruciones y aparecian otras nuevas. Por eso los motorola siempre han sido mucho mejores que los intel mientras se mantuvieron a las mismas velocidades de reloj aunque no 100% compatibles entre si.
No entiendo porque el autor del articulo marca la arquitectura x86 como hito tecnologico cuando ya estaba obsoleta en los 80, de hecho solo la usaban los pcs e intel hace años que quiere librarse de ella.Cualquier maquina recreativa, ordenador, consola tiraba por otro lado.
Y por cierto el powerpc no viene de los 680x0, de los 680x0 vinieron los coldfire los powerpc fueron un diseño en principio risc que supuestamente partían de cero aunque al final fueron evolucionando por otros derroteros.
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#43   #39 Admitida la puntualización sobre los PowerPC y los ColdFire, gracias :-) La verdad es que no me he explicado del todo bien. Me refería a que partiendo de los 68K Motorola avanza hacia los PowerPC (ya sé que es un cruce con la tecnología POWER de IBM), lo mismo que ARM no es una evolución directa del 6502 sino que está muy inspirado en este.
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#45   #43 bueno, aún así creo que en su momento aple presiono algo a motorola para que los 68000 fuesen fáciles de emular
en un powerpc y eso acabo influyendoles. De hecho eso solo le importaba a aple ya que comodore ya había dicho que pasaba del powerpc y atari estaba bien muerta en lo que a ordenadores se refiere.
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#33   #22 Creo que el bus frontal de Alpha (¿EV6?) fue licenciado por AMD, no copiado. Creo que tenían su licencia y tal...
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menéame