Qué es una CPU (Unidad Central de Procesamiento)

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La Unidad Central de Procesamiento (CPU) es un componente de hardware que se encarga de procesar las instrucciones de los dispositivos mediante la realización de operaciones aritméticas y lógicas. Todos los dispositivos que necesiten procesar algún tipo de instrucción cuentan con un procesador.

Procesador de computadora.
Procesador de computadora.

En los equipos de cómputo los procesadores son el “cerebro” que controla las funciones y procesan y orquestan la forma en que se ejecutan las instrucciones. Los procesadores son los circuitos integrados más complejos de los sistemas informáticos, sin ellos no es posible el funcionamiento de los sistemas, aunque su funcionamiento no depende exclusivamente de los mismos.

Estructura de un CPU

Los procesadores modernos están compuestos por componentes que permiten ejecutar operaciones complejas, estos son los principales:

Unidad de control

Se encarga de dirigir el funcionamiento del procesador. Extrae las instrucciones de la memoria RAM, las interpreta y las ejecuta. Es la encargada de dirigir el flujo de datos entre el procesador y los demás dispositivos.

Unidad aritmético lógica

Se encarga de realizar operaciones aritméticas y lógicas.

Registros internos

Es un tipo de memoria que almacena las instrucciones que se están ejecutando.

Unidad de cálculo de direcciones

Se encarga de calcular las direcciones que el procesador utiliza para acceder a la memoria principal.

Memoria caché

Es un tipo de memoria que almacena una copia de los datos de ubicaciones de la memoria principal de uso frecuente. Esta memoria reduce el tiempo y la cantidad de energía que necesita el procesador para acceder a los datos de la memoria principal. Los procesadores modernos tienen varios niveles de memoria caché organizados jerárquicamente: L1, L2, L3, L4 son los más comunes dependiendo del procesador.

¿Cómo funciona un CPU?

Básicamente lo que hace un CPU es procesar y ejecutar una secuencia de comandos o instrucciones. Los comandos son almacenados en la memoria del dispositivo antes de pasar a ser procesados. En la actualidad la mayoría de los procesadores son basados en la arquitectura von Neumann por lo que realizan 4 operaciones fundamentales: leer, decodificar, ejecutar y escribir.

Para la lectura, el procesador primeramente localiza la instrucción en la memoria del programa a través del puntero de instrucciones. El puntero de instrucciones contiene la dirección de la instrucción, luego se incrementa el puntero en la longitud de la instrucción leída y queda apuntando a la siguiente instrucción.

La operación de decodificar se encarga de dividir la instrucción en partes. Las instrucciones se ejecutan en el orden que indica el código de operación de cada una. En la ejecución de la instrucción se conectan las unidades del CPU que permiten llevar a cabo la operación.

El último paso es el de escribir, en este se escribe el resultado del paso anterior en la memoria. La escritura puede realizarse en los registros internos del CPU o en la memoria principal del sistema.

Al finalizar la escritura de los datos resultantes de la ejecución de la instrucción se vuelve a repetir todo el proceso con la siguiente instrucción. Partiendo del valor del puntero de instrucciones se lee la siguiente instrucción y se repiten todos los pasos secuencialmente.

Características importantes de un CPU

La CPU como componente electrónico que es, podemos llegar a medir su potencia por varios parámetros:

Frecuencia del reloj

La frecuencia del reloj de un procesador es la frecuencia en que los transistores abren y cierran el flujo de corriente eléctrica; actualmente los fabricantes utilizan transistores con arquitectura FinFet, siendo más prometedora para extender la ley de Moore en cuanto a la disminución de los nanómetros.

La frecuencia se expresa en Hz y representa una oscilación por segundo. Entre mayor sea este indicador mayor será la rapidez en resolver operaciones aritméticas y lógicas del procesador, por lo que mayor será su rendimiento. Por ejemplo, si un procesador es de 2 GHz significa que puede realizar 2 x 109 operaciones por segundo.

Cantidad de núcleos

Los procesadores actuales cuentas con varios núcleos, esto significa que contienen varios procesadores dentro del mismo chip. Entre más núcleos tenga el CPU mayor cantidad de instrucciones podrá ejecutar a la vez, lo que mejora el rendimiento y la velocidad.

Generalmente se diseñan para que el procesador tenga núcleos con un gran rendimiento para las tareas más complejas y otros menos potentes para tareas más sencillas, lo que mejora el consumo energético.

Consumo energético

El consumo energético es la cantidad de energía que consume el CPU al ejecutar instrucciones, por lo general entre más potente sea el procesador mayor es el consumo energético.

Cantidad de hilos

Los hilos de procesamiento permiten ejecutar las secuencias de instrucciones del sistema operativo y de las aplicaciones de forma eficiente. Los hilos dividen las tareas y las ejecutan simultáneamente lo que mejora sustancialmente el tiempo de ejecución de una secuencia de instrucciones.

¿Dónde se coloca y cómo es el CPU de una computadora?

Las CPU son chips de forma cuadrada con tamaños pequeños. Los de computadora de escritorio suelen se metálicos en su parte superior y con cientos de contactos en la parte inferior.

Socket de un CPU de Intel
Socket de un CPU de Intel

Los CPU se instalan en el socket para procesador de la placa base. Se colocan con los contactos hacia abajo y en la parte superior se coloca el disipador de calor. La manipulación para reemplazar o colocar un CPU debe hacerse de forma cuidadosa, antes de colocarlo debe verificar que no exista algo que entorpezca la correcta colocación en el socket de la placa base.

Si le interesa el mundo del Hardware y los componentes vea además: Las Memorias DDR. Enfrentando DDR3 vs DDR4.


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