PROCESADORES.

¿Qué es un procesador o CPU?

CPU es la abreviación de Unidad Central de Procesamiento, un componente básico de todo dispositivo que procesa datos y realiza cálculos matemáticos-informáticos.

El CPU proporciona la capacidad de programación y, junto con la memoria y los dispositivos de entrada/salida, es uno de los componentes presentes en la historia de los ordenadores. Con el tiempo, los microprocesadores de un chip fueron reemplazando a los CPU, usualmente cuando se hace referencia a este término se habla de los microprocesadores.

Algunas de las funciones básicas del CPU son recolectar información, decodificarla en partes menores y llevar a cabo instrucciones, que luego ejecuta.

¿Para qué sirve un CPU?

El CPU es la pieza fundamental de todo dispositivo, es considerado el cerebro de un sistema.

En primer lugar, es el encargado de recibir e interpretar datos y ejecutar las secuencias de instrucciones a realizar por cada programa valiéndose de operaciones aritméticas y matemáticas. El CPU interpreta todos los datos que provienen del dispositivo, tanto de los programas como la información que envía el usuario a través de aplicaciones.

Además, controla el buen funcionamiento de cada componente del sistema para que todas las acciones sean realizadas en tiempo y forma.

Características de un CPU

Existen ciertas características que diferencian a un CPU de otro:

• Consumo energético. Refiere a la cantidad de energía que consume el CPU al ejecutar acciones, a mayor calidad, mayor el consumo energético.
• Frecuencia de reloj. Refiere a la velocidad de reloj que tiene el CPU y que determina la cantidad de acciones que puede ejecutar en un período de tiempo.
• Número de núcleos. A mayor cantidad de núcleos, mayor la cantidad de acciones que pueden realizarse en forma simultánea.
• Número de hilos. Ayuda al procesador a manejar y ejecutar acciones de forma más eficiente. Divide las tareas o procesos para optimizar los tiempos de espera entre una acción y la otra.
• Memoria caché. Almacena datos y permite acceder a ellos de manera rápida. La velocidad y capacidad de la memoria caché mejora el desempeño del dispositivo.
• Tipo de bus. Refiere a la comunicación que establece el CPU con el resto del sistema.

Partes del CPU

Un procesador está compuesto por una serie de circuitos integrados que trabajan en conjunto para ejecutar las instrucciones de un programa. Estas partes se pueden dividir en las siguientes categorías:

1. Núcleos (Cores):

• La unidad básica: Cada núcleo es capaz de ejecutar una secuencia de instrucciones de forma independiente.
• Multi-core: La mayoría de los procesadores modernos tienen múltiples núcleos para mejorar el rendimiento en tareas que pueden dividirse en múltiples hilos de ejecución.
• Hyper-threading: Una tecnología que permite a un solo núcleo simular múltiples núcleos, mejorando aún más el rendimiento.

2. Unidad Aritmética Lógica (ALU):

• El cerebro matemático: Realiza todas las operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación, división) y lógicas (comparaciones, operaciones booleanas).
• Cálculos complejos: Es responsable de los cálculos más básicos del procesador.

3. Unidad de Control (UC):

• El director de orquesta: Coordina todas las operaciones del procesador.
• Interpretación de instrucciones: Decodifica las instrucciones del programa y envía las señales adecuadas a las otras unidades para ejecutarlas.
• Control de flujo: Determina el orden en que se ejecutan las instrucciones.

4. Registros:

• Memoria de alta velocidad: Son pequeñas memorias internas que almacenan datos temporalmente durante la ejecución de instrucciones.
• Tipos de registros: Existen diferentes tipos de registros, como registros generales, registros de propósito específico (por ejemplo, contador de programa, registro de estado) y registros de datos.

5. Caché:

• Memoria intermedia: Es una memoria más rápida que la memoria RAM, utilizada para almacenar datos y instrucciones a los que el procesador accede con frecuencia.
• Niveles de caché: Existen diferentes niveles de caché (L1, L2, L3), cada uno con diferentes tamaños y velocidades.
• Mejora del rendimiento: La caché reduce el tiempo de acceso a los datos, mejorando el rendimiento del procesador.

6. Bus del sistema:

• La autopista de datos: Es un conjunto de líneas de comunicación que conectan el procesador con otros componentes del sistema, como la memoria RAM y los dispositivos de entrada/salida.

Otras Partes Relevantes

• Controlador de memoria: Gestiona la comunicación entre el procesador y la memoria RAM.
• Unidad de coma flotante (FPU): Realiza cálculos en punto flotante, necesarios para aplicaciones científicas y de ingeniería.
• Interfaz: La parte del procesador que se conecta a la placa base.

Tipos de CPU

Los CPU se clasifican según la cantidad de núcleos en:

• De un solo núcleo. Existe un solo núcleo en el procesador que puede realizar una acción a la vez, es el tipo de procesador más antiguo.
• De dos núcleos. Existen dos núcleos, lo que permite realizar más de una acción a la vez.
• De cuatro núcleos. Existen cuatro núcleos independientes que permiten realizar varias acciones a la vez, suelen ser procesadores más eficientes que los de dos núcleos.

Podemos clasificar los procesadores en dos grandes categorías:

1. Procesadores de Uso General:

• x86: Dominan el mercado de las computadoras personales (PCs) y servidores. Son conocidos por su compatibilidad con una amplia gama de software y su alta capacidad de cálculo. Los principales fabricantes son Intel y AMD.
• ARM: Diseñados para dispositivos móviles y de bajo consumo, como smartphones, tablets y algunos dispositivos IoT. Son conocidos por su eficiencia energética.

2. Procesadores Especializados:

• GPU (Graphics Processing Unit): Especializados en el procesamiento de gráficos y cálculos paralelos. Son ampliamente utilizados en tarjetas gráficas para videojuegos y aplicaciones de computación gráfica.
• TPU (Tensor Processing Unit): Desarrollados por Google, están optimizados para realizar cálculos de aprendizaje automático y son utilizados en servidores de inteligencia artificial.
• DSP (Digital Signal Processor): Diseñados para procesar señales digitales, como audio y video, en tiempo real. Se utilizan en dispositivos de audio, módems y equipos de telecomunicaciones.
• FPGA (Field-Programmable Gate Array): Circuitos integrados programables que pueden ser configurados para realizar una amplia variedad de tareas. Se utilizan en prototipado rápido, aceleración de hardware y aplicaciones de altas prestaciones.
• ASIC (Application-Specific Integrated Circuit): Circuitos integrados diseñados para una aplicación específica. Son altamente eficientes pero costosos de desarrollar.

Lenguaje de los CPU

El lenguaje binario que lee un CPU se compone de ceros y unos.

El lenguaje de los CPU es un sistema de códigos a través del que se comunican las instrucciones que debe ejecutar el procesador para el correcto funcionamiento del dispositivo.

Los procesadores no interpretan cualquier tipo de información, sino aquella escrita de forma binaria, es decir, con los caracteres cero y uno. Cada programa o aplicación está formado por una cadena de instrucciones escritas en este código, que son correctamente interpretadas por la máquina.

Factores a Considerar al Elegir un Procesador

• Uso previsto: Para tareas generales, un procesador x86 es una buena opción. Para juegos, se recomienda un procesador con una GPU integrada o una tarjeta gráfica dedicada. Para tareas de edición de video o diseño gráfico, se necesita un procesador con muchos núcleos y alta frecuencia.
• Presupuesto: Los procesadores de gama alta suelen ser más caros.
• Compatibilidad: El procesador debe ser compatible con la placa base y otros componentes del sistema.
• Consumo de energía: Los procesadores móviles suelen ser más eficientes energéticamente que los procesadores de escritorio.