Unidad Central de Procesamiento (CPU)
Consignas
1- ¿Qué es una unidad central de procesamiento (CPU)?
2- ¿Qué es el almacenamiento de datos y la memoria?
3- ¿Cuáles son los componentes en una CPU?
4- Realizar un cuadro con los componentes que también son esenciales para la CPU.
5- ¿Cómo funciona una CPU?
6- ¿Qué es un microprocesador y cuales son algunos de los principales términos utilizados en relación a estos?
7- Describir cada uno de los fabricantes mas destacados de CPU.
Una unidad central de procesamiento (CPU) es el componente funcional principal de un ordenador. La CPU está formada por un conjunto de circuitos electrónicos que ejecutan el sistema operativo y las aplicaciones de un ordenador y gestionan otras muchas operaciones informáticas.
Una CPU es, esencialmente, el cerebro activo del ordenador. La CPU es el gestor invisible dentro del ordenador donde la entrada de datos se transforma en output de información. Almacena y ejecuta instrucciones de programa a través de sus vastas redes de circuitos.
Al igual que el cerebro humano, la CPU puede realizar varias tareas. Esto significa que también es la parte del ordenador que regula de manera simultánea las funciones internas del mismo, supervisa el consumo de energía, asigna recursos computacionales e interactúa con varias aplicaciones, programas y redes.
Si aún no está convencido de la importancia crucial de las CPU para la informática, tenga en cuenta lo siguiente: la CPU es la única pieza que se encuentra en todos los ordenadores, independientemente de su tamaño o uso. Si está leyendo esto en un smartphone, un ordenador portátil o un PC, en este mismo momento está utilizando una CPU.
Aunque el término "CPU" suena como si estuviéramos hablando de un equipo singular, no es así. La CPU es en realidad un conjunto de distintos componentes informáticos que trabajan juntos de manera muy coordinada.
Conceptos rectores: almacenamiento de datos y memoria
Antes de hablar de las partes exclusivas de una CPU y de cómo interactúan, es importante familiarizarse primero con dos conceptos esenciales que impulsan la informática: el almacenamiento de datos y la memoria.
- El almacenamiento de datos se refiere al acto de retener información para poder acceder a ella fácilmente más adelante o incluso conservarla a perpetuidad. Los ordenadores dependen de dos tipos de almacenamiento, clasificados como almacenamiento primario o almacenamiento secundario. El almacenamiento primario (que también se conoce como memoria principal, o simplemente "la principal") contiene instrucciones de funcionamiento o recuperación de datos. La CPU interactúa de forma rutinaria con el almacenamiento primario para acceder a dichos datos.
- La memoria es una asignación de archivos informáticos de los que se pueden extraer y utilizar instrucciones operativas específicas u otras formas de información digital. La memoria suele adoptar la forma de almacenamiento a corto plazo para los archivos a los que se accede con más frecuencia durante el uso reciente del ordenador. Cuando un dato entra por primera vez en un sistema operativo (SO), se coloca dentro de la memoria de acceso aleatorio (RAM) de ese SO.
También en este caso, la CPU se parece al cerebro humano en que ambos experimentan la memoria a corto plazo y la memoria a largo plazo. La memoria operativa estándar de una CPU solo almacena los datos de la RAM "en el momento" (similar a la memoria a corto plazo de una persona) antes de purgarlos periódicamente de la memoria caché del ordenador.
El almacenamiento secundario es similar a la memoria a largo plazo en humanos e implica la retención permanente o a largo plazo de datos archivándolos en dispositivos de almacenamiento secundario, como discos duros. Los dispositivos de salida, como los discos duros, ofrecen almacenamiento permanente. El almacenamiento permanente implica memoria de solo lectura (ROM), lo que significa que se puede acceder a los datos, pero no se puede actuar sobre ellos ni modificarlos.
Los componentes en una CPU
Los siguientes componentes de la CPU también son esenciales:
- Caché: la velocidad de la memoria es un aspecto crítico del funcionamiento de las CPU y, sin embargo, irónicamente, la CPU no accede realmente a la RAM. En cambio, las CPU modernas tienen una o varias capas de caché que manejan rutinariamente tales tareas (a velocidades más rápidas de lo que puede lograr la RAM) debido a la posición ventajosa de la caché en el chip procesador de la CPU.
- Registros: para las necesidades inmediatas y constantes de datos que deben satisfacerse rápidamente para garantizar un funcionamiento sin problemas (de modo que la CPU pueda llevar a cabo de manera eficiente sus diversas instrucciones de proceso de datos), la CPU utiliza registros, que son una forma de memoria permanente. Al crear registros en la propia CPU, se puede acceder a los datos de esos registros en el milisegundo que se necesita.
- Reloj: es esencial que los complicados circuitos de una CPU funcionen juntos de forma altamente sincronizada. El reloj de la CPU gestiona este proceso emitiendo pulsos eléctricos a intervalos regulares, que se coordinan con varios componentes del ordenador. La velocidad a la que se emiten esos pulsos se denomina velocidad de reloj y se mide en hercios (Hz) o megahercios (MHz).
- Puntero y registro de instrucciones: cuando la CPU ejecuta un conjunto de instrucciones, el puntero muestra la ubicación de la siguiente instrucción que va a ejecutar la CPU. Una vez que la instrucción actual se ha llevado a cabo, la siguiente información aparece en el registro de instrucciones y una nueva instrucción será destacada dentro del puntero de instrucciones.
- Buses: un bus de ordenador tiene un papel muy singular dentro de la mayoría de equipos: garantizar una transferencia y un flujo de datos adecuados entre los componentes informáticos dentro de un sistema. La anchura de un bus describe el número de bits que este transfiere en paralelo. Los buses proporcionan a los ordenadores una forma de enlazar las CPU con la memoria integrada y sirven para otros fines.
El funcionamiento de una CPU
La funcionalidad de la CPU es manejada por la unidad de control, con la ayuda de sincronización proporcionada por el reloj del ordenador. El trabajo de la CPU se realiza según un ciclo establecido (conocido como ciclo de instrucciones de la CPU), que exige un número determinado de repeticiones de las siguientes instrucciones de computación básicas, según lo permita la potencia de procesamiento de ese ordenador:
- Fetch: los fetch se producen cada vez que se recuperan datos de la memoria.
- Decode: el decodificador dentro de la CPU traduce las instrucciones binarias en señales eléctricas que activan otras partes de la CPU.
- Execute: la ejecución se produce cuando los ordenadores interpretan y llevan a cabo el conjunto de instrucciones de un programa informático.
Cabe mencionar que con algunos retoques básicos, el reloj del ordenador dentro de una CPU puede manipularse para que marque el tiempo más rápido de lo que lo hace normalmente. Algunos usuarios lo hacen para que su ordenador funcione a mayor velocidad. Sin embargo, esta práctica no es aconsejable ya que puede hacer que las piezas del ordenador se desgasten antes de lo normal y puede violar las garantías del fabricante de la CPU.
El microprocesador
Los microprocesadores se designan por el número de núcleos que admiten. El núcleo de la CPU es el "cerebro dentro del cerebro", la unidad física de procesamiento de la CPU. Los microprocesadores pueden contener varios procesadores. Por su parte, un núcleo físico es una CPU integrada en un chip, pero que solo ocupa un zócalo, lo que permite a otros núcleos físicos aprovechar el mismo entorno informático.
Vale la pena señalar que el término "microprocesador" no debe confundirse con "microcontrolador". Un microcontrolador es un ordenador muy pequeño que existe en un único circuito integrado. Los microcontroladores suelen contener al menos una CPU, junto con la memoria relacionada y los datos de E/S programables.
Estos son algunos de los principales términos utilizados en relación con los microprocesadores:
- Procesadores de un solo núcleo: contienen una sola unidad de procesamiento. Suelen caracterizarse por un rendimiento más lento, se ejecutan en un único hilo y realizan el ciclo de instrucciones de la CPU de una en una.
- Procesadores de doble núcleo: están equipados con dos unidades de procesamiento contenidas en un circuito integrado. Ambos núcleos funcionan al mismo tiempo, lo que duplica el rendimiento.
- Procesadores de cuatro núcleos: contienen cuatro unidades de procesamiento en un único circuito integrado. Todos los núcleos funcionan de forma simultánea, cuadruplicando las tasas de rendimiento.
- Procesadores multinúcleo: los procesadores multinúcleo son circuitos integrados equipados con al menos dos núcleos de procesamiento, por lo que pueden ofrecer un rendimiento extraordinario consumiendo menos energía.
Fabricantes destacados de CPU
- Advanced Micro Devices (AMD): AMD fabrica microprocesadores Ryzen desde su fundación en 2017. Los productos AMD Ryzen más destacados (por ejemplo, Ryzen 7, Ryzen 9) han sido apreciados por los aficionados a los videojuegos por ofrecer de forma fiable una alta velocidad de juego, mientras que el procesador Ryzen 5 1600 ha obtenido buenos resultados entre quienes trabajan en el desarrollo de software.
- Qualcomm: en términos de fabricación pura y dura, Qualcomm lidera en la actualidad un abarrotado grupo de proveedores que trabajan todos en el espacio de las CPU. En mayo de 2024, las muestras de las tasas de clics de los ordenadores sugerían que Qualcomm tenía una impresionante tasa del 37,4 %, más del doble que su rival más cercano.
- Arm: este es un mercado donde la velocidad es una virtud impulsora. Y aunque Arm en realidad no fabrica microprocesadores, ofrece una forma de otorgar licencias y utilizar su tecnología de chips, por lo que las empresas de terceros pueden asegurarse de que se benefician de los rapidísimos tiempos de procesamiento que ofrecen los microprocesadores diseñados por Arm.
- Intel: Intel ha sido un nombre líder en la producción de chips informáticos durante décadas, ya que comenzó a producir chips en 1975. Procesadores como el Intel Core i5 (introducido en 2009) han demostrado una compatibilidad perfecta con programas que requieren más potencia de procesamiento, como los programas de edición de vídeo y los programas de desarrollo de software.
