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El procesador, también conocido como CPU o micro, es el cerebro del
PC y entre otras funciones ejecuta las aplicaciones y el sistema
operativo dando respuesta a las órdenes que le envías a través de
los periféricos de entrada como el teclado o el ratón.
Físicamente el micro no es más que una pastilla de silicio. En un PC se
coloca en la placa base sobre un conector que se denomina socket.
La placa permite la conexión con los restantes dispositivos de tu
equipo como la memoria RAM, la tarjeta gráfica o el disco duro
utilizando un conjunto de circuitos y chips denominado chipset.
El micro es el elemento de tu PC que más ha evolucionado a lo largo
del tiempo. Esto es debido a que con cada nueva generación de
procesadores los fabricantes han conseguido reducir el tamaño de
los transistores que se encuentran en su interior permitiendo integrar
cada vez un mayor número de bloques funcionales.
En un principio fue el controlador de memoria, después la tarjeta gráfica
y en un futuro muy cercano, pasaremos del concepto de procesador
a lo que se denomina SOC, es decir, un chip con todos los
elementos de la placa base integrados. De esta forma reducimos el
tamaño y el consumo haciéndolo ideal para usarlo en cualquier
dispositivo móvil.
Núcleos. Se entiende por núcleo aquel elemento que
incluye lo que podríamos considerar un procesador
en miniatura. Al contener varios de estos integrados
podrá trabajar con más de una aplicación al mismo
tiempo.
Cache. La memoria cache se usa para mejorar la
velocidad de los accesos a la memoria RAM. Al
encontrarse más cercana al procesador es muy
rápida pero mucho más cara. La cache esta
organizada en niveles y será tarea del micro dejar
los datos que más se usen lo más cerca del
procesador posible.
Controlador de memoria. Al incorporar
el controlador de memoria en el interior
del procesador y quitarlo de la placa
base se consigue que el acceso a la
memoria RAM sea más eficiente. Esto
que en principio parece que sólo pueda
tener ventajas tiene un inconveniente ya
que sólo puedes usar la memoria para la
que tu procesador este preparado.
Tarjeta gráfica. Si integran este
componente ya no hablamos de CPUs
sino de APUs. Ya no estaríamos ante un
micro convencional si no ante un hibrido
entre procesador y tarjeta gráfica.
Los micros han incorporado otros elementos que se encontraban antes
sobre la placa base. Por ejemplo, el controlador de PCI
Express, aumentando la velocidad con la que el micro es capaz de
comunicarse con una tarjeta gráfica discreta.
El funcionamiento de un procesador se puede dividir en las siguientes etapas:
Se lee una instrucción de memoria. Para que te puedas hacer una idea de
la complejidad de un procesador actual su conjunto de instrucciones esta
compuesto por más de mil diferentes y va creciendo con el tiempo.
Se buscan los datos necesarios. No todas las instrucciones son iguales
algunas necesitaran de datos para poder llevar a cabo su trabajo. Se leen
de memoria o se buscan donde estén. Es muy importante que el flujo de
datos y de instrucciones sea lo más rápido posible.
Se realiza la operación. Una vez que se tiene todo se ejecuta la
operación, para esto puede ser necesario el trabajo de varios
bloques dentro del propio procesador.
Se pasa a la siguiente instrucción. Que no es siempre la que se
encuentra a continuación en la memoria. Algunas pueden ir a otras
partes del programa o repetir ciertas instrucciones hasta que se
cumpla una condición. Por ejemplo, esperar hasta que se pulse una
tecla.
Las señales de control son señales electrónicas que orquestan
las diversas unidades del procesador que participan en la
ejecución de una instrucción. Dichas señales se envían
utilizando un elemento denominado secuenciador. Por
ejemplo, la señal Leer/Escribir permite que la memoria se
entere de que el procesador desea leer o escribir
información.
El procesador se compone de un grupo de unidades interrelacionadas
(o unidades de control). Aunque la arquitectura del microprocesador
varía considerablemente de un diseño a otro, los elementos
principales del microprocesador son los siguientes:
Una unidad de control que vincula la información entrante para luego
decodificarla y enviarla a la unidad de ejecución: La unidad de
control se compone de los siguientes elementos:
secuenciador (o unidad lógica y de supervisión ), que sincroniza la
ejecución de la instrucción con la velocidad de reloj. También envía
señales de control:
contador ordinal, que contiene la dirección de la instrucción que se
está ejecutando actualmente;
registro de instrucción, que contiene la instrucción siguiente.
Una unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las
tareas que le asigna la unidad de instrucción. La unidad de
ejecución se compone de los siguientes elementos:
la unidad aritmética lógica (se escribe ALU); sirve para la ejecución
de cálculos aritméticos básicos y funciones lógicas (Y, O, O
EXCLUSIVO, etc.);
la unidad de punto flotante (se escribe FPU), que ejecuta cálculos
complejos parciales que la unidad aritmética lógica no puede realizar;
el registro de estado;
el registro acumulador.
Con el fin de procesar la información, el microprocesador posee un
grupo de instrucciones, denominado "conjunto de
instrucciones", hecho posible gracias a los circuitos electrónicos.
Más precisamente, el conjunto de instrucciones se realiza con la
ayuda de semiconductores, pequeños "conmutadores de circuito"
que utilizan el efecto transistor, descubierto en 1947 por John
Barden, Walter H. Brattain y William Shockley, quienes recibieron
por ello el premio Nobel en 1956.
Un transistor (contracción de los términos transferencia y resistor) es un componente electrónico semi-conductor que posee tres electrodos capaces de modificar la corriente que pasa a través suyo, utilizando uno de estos electrodos (denominado electrodo de control). Éstos reciben el nombre de "componentes activos", en contraste a los "componentes pasivos", tales como la resistencia o los capacitores, que sólo cuentan con dos electrodos (a los que se denomina "bipolares").
El transistor MOS (metal, óxido, silicona) es el tipo de transistor más común utilizado en el diseño de circuitos integrados. Los transistores MOS poseen dos áreas con carga negativa, denominadas respectivamente fuente (con una carga casi nula), y drenaje (con una carga de 5V), separadas por una región con carga positiva, denominada sustrato. El sustrato posee un electrodo de control superpuesto, denominado puerta, que permite aplicar la carga al sustrato.
Una vez combinados, los transistores pueden constituir circuitos lógicos
que, al combinarse, forman procesadores. El primer circuito integrado
data de 1958 y fue construido por Texas Instruments.
Los transistores MOS se componen, entonces, de láminas de silicona
(denominadas obleas), obtenidas luego de múltiples procesos. Dichas
láminas de silicona se cortan en elementos rectangulares para formar
un "circuito". Los circuitos se colocan luego en carcasas con
conectores de entrada-salida, y la suma de esas partes compone un
"circuito integrado". La minuciosidad del grabado, expresado en
micrones (micrómetros, se escribe µm) define el número de
transistores por unidad de superficie. Puede haber millones de
transistores en un sólo procesador.
La Ley de Moore, escrita en 1965 por Gordon E. Moore, cofundador de
Intel, predijo que el rendimiento del procesador (por extensión del
número de transistores integrados a la silicona) se duplicaría cada
12 meses. Esta ley se revisó en 1975, y se cambió el número de
meses a 18. La Ley de Moore sigue vigente hasta nuestros días.
Dado que la carcasa rectangular contiene clavijas de entrada-salida
que parecen patas, en Francia se utiliza el término "pulga
electrónica" para referirse a los circuitos integrados.
Cada tipo de procesador posee su propio conjunto de instrucciones. Los procesadores se agrupan en las siguientes familias, de acuerdo con sus conjuntos de instrucciones exclusivos:
80x86: la "x" representa la familia. Se hace mención a 386, 486, 586, 686, etc.
ARM
IA-64
MIPS
Motorola 6800
Power PC
SPARC
PROCESADOR 2012
2012: El Intel Core Ivy Bridge
Ivy Bridge es el nombre en clave de los procesadores conocidos como
Intel Core de tercera generación. Son por tanto sucesores de los
micros que aparecieron a principios de 2011, cuyo nombre en clave
es Sandy Bridge. Pasamos de los 32 nanómetros de ancho de
transistor en Sandy Bridge a los 22 de Ivy Bridge. Esto le permite
meter el doble de ellos en la misma área. Un mayor número de
transistores significa que puedes poner más bloques funcionales
dentro del chip. Es decir, este será capaz de hacer un mayor número
de tareas al mismo tiempo.
