{"id":25401,"date":"2020-10-28T10:11:32","date_gmt":"2020-10-28T16:11:32","guid":{"rendered":"https:\/\/goldenti.com\/site\/?p=25401"},"modified":"2020-10-28T10:11:34","modified_gmt":"2020-10-28T16:11:34","slug":"como-se-disena-el-hardware-asi-trabajan-los-ingenieros-de-diseno","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/goldenti.com\/site\/como-se-disena-el-hardware-asi-trabajan-los-ingenieros-de-diseno\/","title":{"rendered":"\u00bfC\u00f3mo se dise\u00f1a el hardware? As\u00ed trabajan los ingenieros de dise\u00f1o"},"content":{"rendered":"\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2020\/10\/DisenoCircuitosPortada.jpg\" alt=\"\" \/><\/figure>\n\n\n\n<p>S\u00ed alguna vez te has preguntado&nbsp;<strong>c\u00f3mo se dise\u00f1an<\/strong>&nbsp;los diferentes&nbsp;<strong>procesadores<\/strong>&nbsp;y&nbsp;<strong>memorias<\/strong>&nbsp;que hay en tu PC, entonces esto te interesa porque os vamos a explicar de manera directa y r\u00e1pida cu\u00e1l es el proceso utilizado hoy en d\u00eda por todas las empresas del sector, independientemente de cu\u00e1l sea el tama\u00f1o de las mismas y su especializaci\u00f3n. Para ello os vamos a hablar de&nbsp;<strong>Verilog<\/strong>&nbsp;y&nbsp;<strong>VHDL<\/strong>, los dos lenguajes de&nbsp;<strong>descripci\u00f3n del hardware<\/strong>&nbsp;y el proceso de creaci\u00f3n del mismo, desde la mesa de dise\u00f1o hasta tu PC.<\/p>\n\n\n\n<p>Los procesadores y memorias que hay dentro de tu PC est\u00e1n compuestos por centenares de millones e incluso miles de millones de transistores en un espacio muy peque\u00f1o, lo que los convierte en una&nbsp;<strong>superestructura<\/strong>&nbsp;compuesta por otras estructuras tambi\u00e9n extremadamente complejas.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2020\/06\/Transistor.jpg\" alt=\"Transistor\" class=\"wp-image-435820\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Tal nivel de complejidad y el microsc\u00f3pico tama\u00f1o de los procesadores hace que sean necesarias una serie de herramientas a la hora de dise\u00f1arlos que les permitan a los ingenieros poder crear dichos sistemas de manera r\u00e1pida y eficiente, y aqu\u00ed es donde entran los lenguajes de descripci\u00f3n del hardware.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Lenguajes de descripci\u00f3n del hardware: Verilog y VHDL<\/h2>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2020\/10\/CodigoFuente.jpg\" alt=\"Codigo Fuente\" class=\"wp-image-508876\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Los lenguajes m\u00e1s utilizados para&nbsp;<strong>describir el hardware<\/strong>&nbsp;son&nbsp;<strong>VHDL<\/strong>&nbsp;y&nbsp;<strong>Verilog<\/strong>, los cuales tienen una sintaxis parecida a la de la programaci\u00f3n en C, pero en lugar de ejecutar un programa, describen la organizaci\u00f3n de las diferentes partes del mismo a base de&nbsp;<strong>m\u00f3dulos interconectados<\/strong>; cada m\u00f3dulo est\u00e1 descrito de la siguiente manera:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Inputs: que son las entradas de datos que tiene el m\u00f3dulo.<\/li><li>El c\u00f3digo principal que hace dicho m\u00f3dulo con esos par\u00e1metros de entrada.<\/li><li>El Output que son los datos de salida del m\u00f3dulo.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Por ejemplo, en Verilog, para describir una puerta l\u00f3gica AND el c\u00f3digo ser\u00eda el siguiente:<\/p>\n\n\n\n<pre class=\"wp-block-preformatted\">module AND_2(output Y, input A, B);\nand(Y, A, B);\nendmodule;<\/pre>\n\n\n\n<p>En cambio, en VHDL los m\u00f3dulos son llamados&nbsp;<strong>entidades:<\/strong><\/p>\n\n\n\n<pre class=\"wp-block-preformatted\"><strong>entity<\/strong> andGate <strong>is<\/strong>\n\n    <strong>port<\/strong>(A : in std_logic;     \n         B : in std_logic;      \n         Y : out std_logic); \n<strong>end<\/strong> andGate;\n<strong>architecture<\/strong> andLogic <strong>of<\/strong> andGate <strong>is<\/strong>\n <strong>begin<\/strong>\n    Y &lt;= A AND B;\n<strong>end<\/strong> andLogic;<\/pre>\n\n\n\n<p>En ambos casos se describe una puerta AND con dos entradas (A,B) y una salida Y.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2020\/10\/PuertaANDTabladeverdad.jpg\" alt=\"Puerta AND tabla de verdad\" class=\"wp-image-508816\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Gracias a estos lenguajes de descripci\u00f3n del hardware, los ingenieros pueden programar m\u00f3dulos que representen diferentes elementos b\u00e1sicos como puertas l\u00f3gicas, pasando por circuitos combinacionales y secuenciales, y terminando por sistemas extremadamente complejos, todo ello a trav\u00e9s de c\u00f3digo escrito, lo que les permite reciclar incluso partes repetidas de manera muy r\u00e1pida.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Las etapas de creaci\u00f3n del hardware<\/h3>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2020\/10\/ProcesoCreacionHardware.jpg\" alt=\"Etapas creaci\u00f3n hardware\" class=\"wp-image-508819\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Una vez que el c\u00f3digo Verilog o VHDL ha sido escrito se prueba su funcionamiento en un&nbsp;<strong>simulador<\/strong>, una pieza de software que les sirve a los ingenieros para monitorizar cada paso en el funcionamiento. En esta etapa el hardware es simulado a muy poca velocidad, ya que lo que se pretende validar es que el c\u00f3digo de descripci\u00f3n del hardware ha sido escrito de manera correcta.<\/p>\n\n\n\n<p>El siguiente paso es el del&nbsp;<strong>emulador<\/strong>, donde no todas las piezas de hardware en su proceso de dise\u00f1o pasan por esta etapa sino solo aquellas que van a ejecutar un programa. El concepto del emulador es el mismo que los que utilizamos para emular sistemas antiguos o consolas en nuestros PCs, pero en este caso funcionan a una velocidad muy baja donde el objetivo es probar peque\u00f1os extractos de software com\u00fan para ver el rendimiento de la arquitectura y poder optimizarla.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2020\/10\/ArraydeFPGAs.jpg\" alt=\"Array de FPGAs\" class=\"wp-image-508888\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>El tercer paso es trasladar el c\u00f3digo Verilog o VHDL a uno o varios&nbsp;<strong>FPGAs<\/strong>&nbsp;interconectados entre si donde el hardware se probar\u00e1 a nivel f\u00edsico, y esto se hace para testear la comunicaci\u00f3n del futuro procesador con la memoria y los perif\u00e9ricos externos a los que estar\u00e1 conectado, a la vez que les permite conocer a los ingenieros si las especificaciones de consumo energ\u00e9tico est\u00e1n dentro de lo esperado.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2019\/12\/Oblea-chips-02.jpg\" alt=\"Obleas Chips\" class=\"wp-image-359546\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Estos tres pasos se hacen de manera recursiva hasta tener un dise\u00f1o completamente funcional, y entonces el archivo Verilog o VHDL es enviado a la fundici\u00f3n para que los chips sean&nbsp;<strong>impresos en obleas<\/strong>, momento en el cual se har\u00e1n las pruebas de calidad y validaci\u00f3n antes de la fabricaci\u00f3n en masa.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">En los inicios no hab\u00eda lenguajes de descripci\u00f3n del hardware<\/h3>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2020\/10\/6502MOSChuckPeddle.jpg\" alt=\"6502 Floorplan\" class=\"wp-image-508834\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Los primeros dise\u00f1adores de procesadores para PC carec\u00edan de las herramientas de hoy en d\u00eda, por lo que ten\u00edan que hacer cosas como dibujar sobre el papel el hardware y utilizar el&nbsp;<strong>Breadboarding<\/strong>, una t\u00e9cnica que consist\u00eda en unificar circuitos electr\u00f3nicos m\u00e1s simples en un tablero de circuitos a trav\u00e9s cables (literalmente).<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/hardzone.es\/app\/uploads-hardzone.es\/2020\/10\/Breadboarding.jpg\" alt=\"Breadboards Amiga\" class=\"wp-image-508852\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Estos circuitos electr\u00f3nicos m\u00e1s simples que utilizaban en el Breadboarding para crear chips m\u00e1s complejos sol\u00edan ser chips TTL o CMOS que ten\u00edan en su interior elementos b\u00e1sicos del dise\u00f1o de procesadores como puertas l\u00f3gicas, sistemas combinacionales, sistemas secuenciales, ALUs, etc. Esto se hac\u00eda as\u00ed porque por aquel entonces no exist\u00edan los FPGA para poder probar el hardware despu\u00e9s de programarlo a trav\u00e9s de Verilog o VHDL, por lo que ten\u00edan que crear versiones a gran escala de los chips que creaban.<\/p>\n\n\n\n<p>No obstante, a medida que la densidad de transistores fue subiendo se hizo imposible que con poca gente se dise\u00f1ara un procesador, y poco a poco se fueron adoptando los lenguajes de descripci\u00f3n del hardware y l\u00f3gica programable de cara al dise\u00f1o de nuevos procesadores como son los como los PAL, PLA, CPLD y en la parte m\u00e1s compleja los FPGA.<\/p>\n\n\n\n<p>Fuente: hardzone.es\/reportajes\/que-es\/diseno-circuitos-verilog-vhdl\/<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>S\u00ed alguna vez te has preguntado&nbsp;c\u00f3mo se dise\u00f1an&nbsp;los diferentes&nbsp;procesadores&nbsp;y&nbsp;memorias&nbsp;que hay en tu PC, entonces esto te [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":13,"featured_media":25402,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[10],"tags":[],"class_list":["post-25401","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-especiales"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v27.1.1 - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-wordpress\/ -->\n<title>\u00bfC\u00f3mo se dise\u00f1a el hardware? 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