¿Qué es y como funciona un CPU (procesador)?

Una CPU o procesador es el «cerebro» o «corazón» de los dispositivos electrónicos. Una CPU es un componente indispensable y uno de los más importantes de todos los dispositivos electrónicos que tienen que proporcionar una determinada potencia informática.

Además de las computadoras, los procesadores también se utilizan en teléfonos inteligentes, tablets y cámaras digitales. Un procesador puede realizar miles de millones de operaciones informáticas por segundo y se divide en diferentes clases según su rendimiento y arquitectura. Los fabricantes de CPU más conocidos en el sector informático son AMD e Intel.

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¿Qué tareas realiza una CPU?

La CPU es uno de los primeros receptores de comandos en un dispositivo electrónico. Registra qué tareas solicita el usuario y luego las reenvía a la oficina o componente correspondiente. El procesador principal como unidad de control central lee datos de la memoria RAM (memoria principal), por ejemplo, y analiza continuamente todas las entradas y salidas de dispositivos periféricos como teclado, mouse o monitor. 

Además, una unidad central de procesamiento asignadas explícitamente ciertas tareas. En un juego de computadora, por ejemplo, cierto contenido solicitado por el programa se puede mostrar según sea necesario. La CPU o la GPU (tarjeta gráfica) es responsable de la implementación automática de este contenido.

La Unidad Central de Procesamiento tiene las siguientes tareas:

• Operaciones aritméticas: el procesador principal es responsable de gran parte de las tareas en un dispositivo electrónico. Siempre que el usuario o una aplicación soliciten operaciones aritméticas, se utiliza el procesador.
• Sistemas de bus: la transferencia de datos en los sistemas de bus está controlada por la CPU. El procesador reconoce y analiza los bits que llegan sucesivamente y los junta como partes coherentes para luego procesarlos más. Todas las transferencias de datos a través del adaptador de red o USB se realizan, por ejemplo, internamente a través de la unidad central de procesamiento.
• Control: el procesador principal comprueba si las tareas asignadas se pueden completar a tiempo y, de lo contrario, suena una alarma. La Unidad Central de Procesamiento compara continuamente los procesos en curso con los estándares objetivo. Este comportamiento se puede observar en los siguientes escenarios: Por ejemplo, el procesador puede mostrar el progreso de la descarga durante una descarga activa. Además, la CPU emite mensajes de error si, por ejemplo, no se pudo ejecutar un comando.

¿De qué está hecha una CPU?

Un procesador principal consta de los siguientes componentes principales:

• Unidad de control: la unidad de control recibe instrucciones de la memoria principal, las decodifica y las ejecuta en secuencia. La Unidad de Control también coordina el trabajo de los otros componentes de la CPU.
• Unidad Aritmética Lógica: este componente se encarga de realizar operaciones aritméticas y lógicas en base a las instrucciones de la unidad de control.
• Registro de CPU: estos componentes representan la memoria interna de alta velocidad, que se encarga del almacenamiento temporal de los datos a procesar.
• Buses: son líneas de datos de alta velocidad que permiten la transferencia de datos e instrucciones entre los componentes individuales de la CPU.

La forma en que se implementan estos componentes en los núcleos de procesador individuales depende principalmente de la arquitectura del procesador.

Cómo funciona un procesador principal

Una unidad central de procesamiento procesa las siguientes tareas paso a paso en ciclos regulares de reloj:

• Obtener instrucciones (FETCH): en el primer paso, el procesador obtiene las instrucciones de la memoria principal. Cada instrucción de un programa puede contener hasta varios millones de instrucciones de CPU que se almacenan en la memoria principal en una dirección de memoria específica. La unidad central de procesamiento está equipada con un contador de programa que rastrea la posición del procesador en el programa, es decir, la dirección de memoria del comando al que la unidad central de procesamiento está accediendo actualmente.
• Decodificar instrucciones (DECODE): En el momento en el que el procesador recupera las instrucciones del programa, estas se codifican en lo que se conoce como “lenguaje ensamblador”. Un «ensamblador» traduce las instrucciones al lenguaje de máquina propio de la unidad central de procesamiento.
• –Ejecutar instrucciones (EJECUTAR): En este paso se implementan tareas como cálculos matemáticos, procesamiento de datos o decisiones sobre el procesamiento de otras partes del programa. Aquí, las tareas matemáticas se delegan de la unidad de control a la unidad lógica aritmética.
• Resultados de salida (WRITEBACK): El procesador escribe los resultados en la memoria.

Una descripción general de las diferentes arquitecturas de CPU

La arquitectura del conjunto de instrucciones está determinada por la arquitectura de la CPU y el código de software utilizado. La arquitectura del conjunto de instrucciones forma una interfaz entre el procesador y el software y juega un papel extremadamente importante. La arquitectura del conjunto de instrucciones se utiliza para describir explícitamente las instrucciones del procesador admitido, los tipos de datos nativos, la arquitectura de la memoria y las entradas y salidas externas. Los tipos más importantes de arquitecturas de conjuntos de instrucciones incluyen:

• RISC (Computación de conjunto de instrucciones reducido): se trata de una arquitectura informática basada en un conjunto de instrucciones reducido.
• CISC (Computación de conjuntos de instrucciones complejas): se trata de una arquitectura informática basada en un conjunto de instrucciones complejas.
• Matriz dispersa: este es un nuevo tipo de conjunto de instrucciones para matrices de CPU altamente escalables que se utilizan principalmente en sistemas de servidor de alto rendimiento.

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Las arquitecturas CISC se caracterizan por una gran cantidad de instrucciones especializadas que cubren tantas áreas de aplicación como sea posible, mientras que las arquitecturas RISC siguen un enfoque diferente. Se centran en instrucciones que se llaman con especial frecuencia y las limitan a un tamaño máximo de 4 bytes.