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Procesadores (CPU): La manufactura.
Usando arena de la más pura usualmente de canteras, la arena es compuesta de sílica (SiO2 Silicon Dioxide) dióxido de silicón, al cual se le extrae el oxígeno mediante un proceso bastante complejo en que se mezcla esta sílica con carbón a una elevada temperatura a más de 2000 grados Celsius en un horno.
El carbón reacciona con el oxígeno creando dióxido de carbono y quedando silicón como remanente en el horno que posteriormente se vuelve a procesar para reducir impurezas que son formadas del calcio y aluminio; del cual obtenemos una pureza de un %99, lo cual no es suficiente para el silicón que se requiere para la elaboración del semiconductor, sin embargo, un segundo refinamiento de remoción de impurezas lo lleva a una pureza de un %99.999999, y a este grado de pureza se le conoce como “raw- electronic grade” o silicón de grado electrónico.
No obstante, esta estructura policristalina tiene aún suficientes defectos llamados "grain boundaries" o sea entre los límites de cristal a cristal , que crean una estructura atómica no regular, esto lo hace no apto para la elaboración del semiconductor.
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Los conductos utilizados para interconectar internamente los componentes son hechos con cobre donde es revertido en una cubierta aislante para evitar cortos circuito. Como parte de cada etapa de elaboración se establecen plataformas de monitoreo e inspección con microscopios electrónicos muy potentes y de alta resolución.
El “wafer” o galleta es terminada en dos meses con toda su red de transistores a diferentes niveles, en el orden de 100 billones de transistores todo integrado en un área más pequeña que un centavo (Fig F4).
Al final, estos “wafers” son cortados y adheridos a una cápsula protectora usualmente rectangular o cuadrada con pines de conexión externos (Fig F5) que determinará el tipo de slot que necesitara para su instalación en el “motherboard”.
Fig F5
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Fig F1
Fig F2
El lograr una estructura atómica regular (Fig F1) en el material se requiere de un proceso conocido como "Czochralski Process", de este proceso se obtiene un cilindro de puro silicón (ingot) unos 300 mm en diámetro. De estos cilindros se cortan unos (slices) o galletas (wafers) de unos .775 mm de ancho. Se utiliza una sierra de cable con un revestimiento similar al de la lija (silicon carbide). La galleta de silicón es pulida y dopada para crear áreas de tipo n y p para subsiguientes procesos (Fig F2).
A esta galleta ya preparada para la elaboración del semiconductor le es aplicada una capa foto resistiva parecida a las usadas en fotografía. Mediante un proceso posterior fotolitográfico el circuito ya prediseñado se expone a luz ultravioleta donde las áreas foto resistivas son extraidas y finalmente un solvente es utilizado para remover remanentes de estas capas foto resistivas. La estructura final del proceso es luego utilizada como molde para elaboración de otras galletas (wafers). De aquí, el (wafer) se transporta a otra área conocida como implantación iónica (ionic implantation). El tipo de transistor que un procesador utiliza es el tipo MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) que puede ser tipo n o tipo p. Este transistor es el que conforma el sistema de “switches” (interruptores) para las operaciones binarias internas del procesador. Estos transistores son formados en regiones de tipo p y tipo n en dimensiones manométricas.
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Procesadores
(CPU): Funcionamiento
El procesador es considerado en mucha de las literaturas técnicas como el cerebro de la computadora, que redunda en la pieza más importante. Sin embargo, el que sea la pieza más importante no implica que con solo tener un procesador, tenemos la computadora , la computadora es la suma de todos los elementos ya antes descritos en esta página y en ocasiones con más para hacerla útil en las aplicaciones asignadas. El procesador o CPU como usualmente es conocido es la unidad de procesamiento central (Central Processing Unit) en la que toda instrucción o set de instrucciones (programa) y o datos serán “procesados” de acuerdo a su relevancia y necesidad. Tanto los datos como los programas o códigos radican en la memoria principal, aunque en diferentes áreas de ésta (Fig F6).
Fig F6
Esta pieza, cuyo proceso de manufactura fue descrita anteriormente de forma general, está constituida de un sistema de registro que no es otra cosa que un área de memoria estática sumamente rápida ubicada en la unidad de Aritmética Lógica y otros dos tipos de registros en la unidad de control. Estas dos unidades son elementalmente lo que describe al procesador (Arithmetic Logic Unit, ALU ) y el (Control Unit, CU) (Fig F6), ambas son parte de lo que comúnmente es conocido como el CPU .
Los registros que ambas unidades poseen, tienen la función de almacenar datos o instrucciones de forma temporera. Por ejemplo, en el caso del ALU cuyo propósito es ejecutar instrucciones aritméticas y de lógica como , suma , multiplicación, división, resta, y efectuar comparaciones entre operando. Al igual que nosotros necesitamos escribir datos parciales en un papel de una multiplicación compleja o larga que estemos realizando, el procesador necesita de una plataforma de almacenamiento temporal para guardar datos intermedios en una operación aritmética, y a esta plataforma de almacenamiento se le conoce como registro (Register).
En el caso de la unidad de control , un registro se conoce como (PC Programm Counter) que es el contador de programa, este básicamente es un acumulador donde va estar registrando la dirección de la próxima instrucción a ser ejecutada. Esta dirección es la dirección binaria correspondiente a una instrucción en la memoria.
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Fig F3
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Fig F4
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