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Que es una CPU, procesador o microprocesador

Una CPU (siglas de «Central Processing Unit«, «unidad central de procesamiento» en inglés), también conocido como microprocesador, o procesador moderno; es el componente de hardware principal de un dispositivo electrónico que se encarga de realizar todos los cálculos y procesos para el funcionamiento del PC, calculadora, televisión, reloj y cualquier dispositivo electrónico.

La CPU es el cerebro principal de cualquier aparato electrónico, dicho de una forma sencilla. Si un dispositivo electrónico no tiene una CPU, dicho dispositivo no puede hacer nada porque no puede empezar ni finalizar los procesos en el sistema.

Historia de los procesadores

En junio de 1945, John von Neumann en su trabajo «First Draft of a Report on the EDVAC» («Primer Borrador de un Informe sobre el EDVAC» en inglés), diseñó el primer ordenador de programa almacenado capaz de almacenar programas en una memoria de alta velocidad. Esto permitía poder cambiar el programa reescribiendo el contenido de la memoria, en vez de tener que recablear físicamente la computadora para cada programa. EDVAC también era capaz de calcular en binario, en vez de en decimal y podía realizar instrucciones de varios tipos.

EDVAC

Aunque no fue el primer ordenador de programa almacenado que se fabricó, pues antes llegaron la «Manchester Small-Scale Experimental Machine» («Máquina Experimental de Pequeña Escala de Mánchester» en inglés), que era un prototipo de ordenador de programa almacenado, en junio de 1948.

Durante la década de los 50, aparecieron las primeras computadoras digitales de propósito general, fabricadas con tubos de vacío que hacía de componentes electrónicos activos. Se componían de circuitos lógicos básicos como compuertas y flip-flops.

A finales de la década de 1950, los transistores empezaron sustituir a lo los tubos de vacío como partes de las CPUs, lo que permitió hacer computadoras más pequeñas. Los circuitos de estado sólido evolucionaron para tener menor coste y poder producirlos en masa. Esto hizo que finalmente los tubos de vacíos fueran reemplazados por transistores a la hora de fabricar computadoras.

CPU Intel 4004

En 1971, Intel lanzó el primer el procesador comercial Intel 4004, que integraba todas las funciones de la CPU en un solo chip de pequeño tamaño diseñado para calculadoras, al cual se le llamaba microprocesador. En el año 1978, Intel introdujo al mercado el Intel 8086, que sería el primer microprocesador que usaría la arquitectura x86 que se sigue usando hoy en día.

Elementos internos de la CPU

Una CPU está compuesta de las siguientes partes:

  • Unidad de control: Circuito digital que extrae las instrucciones de la memoria, la descifra y la ejecuta.
  • Unidad aritmética lógica: (ALU) La ALU (siglas de «Arithmetic Logic Unit«) es un circuito digital que lleva a cabo las operaciones lógicas, matemáticas y aritméticas.
  • Registros: Memoria de la CPU que permite guardar los resultados de instrucciones de poco tamaño y muy usadas. Existen registros de datos, de memoria, de propósito general, de coma flotante, constantes y de propósito específico.

¿Qué tipos de CPU hay según su arquitectura?

Hay 2 tipos de CPU según su arquitectura, que son las RISC y CISC. La aquitectura RISC (siglas de «Reduced Instruction Set Computer«, «Computadora de conjunto de instrucciones reducida» en inglés) se basa en instrucciones simples y diseñadas a medida para reducir el tiempo de ejecución de las instrucciones, y así ser más rápido y eficiente. Las CPU RISC usan los diseños de ARM, que son licenciados a otros fabricantes y están presentes en los SOC de teléfonos móviles, tablets y algunos portátiles.

Una CPU CISC (siglas de»Complex Instruction Set Computer«, «Computadora de conjunto de instrucciones compleja» en inglés) es una arquitectura de CPU de instrucciones complejas, que reduce la cantidad de instrucciones de un software e ignora la cantidad de ciclos por instrucción. Este tipo de arquitectura la emplean Intel y AMD.

Si quieres conocer las CPU de AMD, tenemos un listado de CPU AMD Ryzen.

Conjunto de instrucciones de una CPU

El Conjunto de Instrucciones de una CPU son los comandos y operaciones que CPU puede entender y ejecutar para su funcionamiento. Estas instrucciones permiten a programadores y sistema operativo tener una interfaz para comunicarse con la CPU. Los tipos de operaciones más comunes en una CPU son las siguientes:

  • Transferencia de datos: Copian datos de un origen, y lo mueven a un destino. Los más usados son»move«, «store«, «load«, «move block«, «move multiple«, «exchange«, «clear«, «set«, «push» y «pop«.
  • Instrucciones aritméticas: Operaciones realizadas por la ALU, que pueden cambiar flags e indicadores de condición. Los más usados son «add«, «add with carry«, «subtract«, «subtract with borrow«, «increment«, «decrement«, «multiply«, «divide«, «extend«, «negate» y «absolute«.
  • Instrucciones de comparación: Suelen usarse antes de una instrucción con condiciones, y pueden modificar los flags. Los más usados son «compare» y «test«.
  • Instrucciones lógicas: Realizan operaciones booleanas, y pueden oficiar flags. Los más usados son «and«, «or«, «xor«, y «not«.
  • Instrucciones de desplazamiento aritmético o lógico.
  • Instrucciones de bits: Comprueban un bit reflejan su valor en el indicador.
  • Instrucciones de control: Pueden modificar la secuencia normal de ejecución de un programa. Se califican en salto incondicional, salto condicional, llamada a subrutinas y gestión de las interrupciones.
  • Instrucciones de entrada y salida: Instrucciones de transferencia que tienen como destino u origen un puerto de un dispositivo de entrada o salida.
  • Instrucciones de control: Instrucciones que detienen ejecuciones de un programa, además de permitirlas y deshabilitarlas. Se emplean para que el procesador comprueba qué procesos están siendo o no ejecutados.

Puertas lógicas de una CPU

Todas las operaciones que realiza una CPU, las realiza en binario usando puertas lógicas basadas en 0 y 1. Las puertas lógicas usan binario porque «encendido» (también conocido como «1 lógico») y «apagado» ( «0 lógico») son los únicos datos de cualquier dispositivo electrónico puede recibir de entrada, o dar de salida. Las puertas lógicas de los transistores que forman el microprocesador de una CPU, pueden hacer las siguientes operaciones:

  • OR: Da como salida un cero lógico cuando al menos en uno de los pines de entrada es un 1. En el caso de que todos los valores de entrada sean 0 entonces el valor de salida será 0.
  • AND: La salida es 1 si todos los valores de entrada son 1 lógicos. Si al menos uno de los casos es 0, la salida será 0.
  • XOR: La es 1 cuando solo uno de los pines de entrada es un 1 y el resto de los pines de entrada tiene un valor 0. De no cumplirse, la salida un cero lógico.
Puertas lógicas de una CPU

Otro tipo de puertas lógicas son las puertas lógicas negadas, que invierten su valor de salida a través de un inversor. El inversor es conocido como NOT, que no es una puerta lógica porque se encarga de cambiar la señal de 0 a 1. Dicho inversor se utiliza para crear las puertas lógicas negadas, con las siguientes operaciones:

  • NOR: puerta inversa de la puerta OR. La salida es un 1 cuando todas las señales de entrada sean 0, y será 0 si al menos una de las señales de entrada son 1.
  • NAND: puerta inversa de la puerta AND. Su salida siempre 1 lógico, salvo cuando todos los valores de entrada son 1. Cuando todos los valores de entrada son 1, la salida es 0.
  • NOR: puerta XOR invertida. La salida es 0 cuando al menos una de las entradas es 1.Así, la salida es 1 cuando todas las entradas son 0.

Preguntas varias sobre la CPU

¿Dónde almacena los datos la CPU?

Un microprocesador o CPU almacena los procesos más pequeños en los registros y la memoria caché; los procesos más complejos se guardan en la memoria RAM, y los archivos y datos que se deban guardar de forma definitiva se almacenan en un sistema de almacenamiento como el disco duro o el SSD.

¿Cómo ver el uso de la CPU?

El uso de la CPU se puede consultar usando el software del Administrador de Tareas de Windows. Este te permite ver los procesos de Windows que están haciendo uso de la CPU. Con el administrador de tareas podemos ver qué porcentaje de la CPU está siendo usado, por qué programas, y hasta qué cantidad de CPU están usando. Esto es útil si notas que tu ordenador va lento y quieres eliminar procesos que están consumiendo mucha CPU.

Captura del Administrador de tareas para ver el uso de la CPU

¿Qué es y para qué sirve el overclocking de una CPU?

El overclocking es la práctica de forzar una CPU a frecuencias por encima de sus valores de fábrica. El overclocking se hace quitando los limitadores de temperatura que tiene la CPU, y usando sistemas de refrigeración de CPU más intensos.

Ovreclocking de una CPU usando nitrógeno líquido

El overclocking se usa para acelerar para grandes cargas de trabajo. También existe una comunidad de overclockers que, mediante benchmarks y software de seguimiento, buscan llevar las CPUs a mayores frecuencias.

Cabe decir que el overclocking de la CPU tiene sus riesgos. Existen CPUs y placas bases hechas para facilitar el overclocking. Pero los componentes se exponen a ser deterioradas por el hecho de haber superado sus propios límites de fábrica para un correcto funcionamiento.

¿Puede tener una CPU una GPU?

Una CPU puede integrar dentro de ella una GPU, y sería considerada una iGPU (siglas de «Integrated Graphics Processing Unit», o unidad de procesamiento de gráficos integrada). A las GPUs integradas se le conoce comúnmente como «gráficos integrados«.

CPU Intel con una IGPU de AMD
CPU Intel con una IGPU de AMD

Si una CPU integra una iGPU, podrá dar salida de vídeo a través de la placa base. Una iGPU es habitual en portátiles y ordenadores premontados de gamas media o bajas, porque así no necesitan una tarjeta gráfica dedicada.

¿Qué es la frecuencia de reloj de una CPU?

La frecuencia de una CPU es la velocidad a la que realiza operaciones. Se expresa típicamente en gigahercios (GHz), que equivale a mil millones de hercios. Una frecuencia de CPU más alta indica un rendimiento potencialmente mayor, pero no es el único factor que influye en su rendimiento general.

¿Qué es la caché de una CPU?

La caché de una CPU se divide en los siguientes niveles y categoría:

  • Caché L1: Un bloque de caché única para cada núcleo
  • L2: Caché Compartida entre un mismo grupo de núcleos, pero a la que los núcleos tardan más en llegar.
  • Caché L3: Caché compartida por todos los núcleos de la CPU, generalmente de más tamaño, pero es la caché a la que más tiempo tardan en llegar.

Cuanto mayor sea el nivel de la caché, más lenta será, porque tiene que estar disponible para más CPUs.

La caché de la CPU permite almacenar procesos de muy poco peso, y muy repetitivos, para que la CPU no tenga que calcularlos en la memoria RAM. AMD con la serie de CPUs Ryzen X3D, ha apilado varias capas de memoria caché para aumentar la capacidad de caché de la CPU, y con ello ha conseguido mejores CPUs para juegos.

¿Qué es la caché laminada o 3D cache de AMD?

La caché laminada de AMD es una forma de montar la caché de una CPU, estrenada en el modelo AMD Ryzen 7 5800X3D. La intención tras esta caché laminada es ofrecer más memoria caché a la CPU al ofrecer más capas de caché L3, y que con ello la propia CPU pueda acceder a más memoria para las tareas sencillas y repetitivas.

Rende de una CPU AMD Ryzen 7 5800X3D

Está pensado para su uso en juegos, principalmente reducir la latencia. Dado que las instrucciones que se envían al juego precisan de uso de CPU, más memoria de acceso rápido permitirá tener menor latencia y no tener que pasar a usar la memoria RAM.

¿Para qué se necesita la pasta térmica?

La pasta térmica se necesita para crear una unión física entre el die de la CPU y el disipador de tu ordenador, y así transmitir el calor de la CPU al disipador para evitar que la CPU se sobrecaliente.

Jeringuilla aplicando pasta pasta termica a una cpu

Cuando se separa el disipador de la CPU, el contacto de la pasta térmica se deteriora y hay que volver a aplicarla.

¿Qué es una CPU de arquitectura híbrida Intel?

Una CPU de arquitectura híbrida es una CPU que integra núcleos de diferentes tamaños y niveles de rendimiento. En la 12ª Generación de Intel Core se estrenaron arquitecturas híbridas que se componen de núcleos de rendimiento para procesos de gran tamaño y cúmulos núcleos de eficiencia para procesos más pequeños. Los núcleos más potentes ya no se usan para tareas de muy poco peso, porque lo hacen los núcleos de eficiencia. Así, los núcleos de rendimiento pueden dedicarse a hacer las tareas más complejas.

¿En qué influye una generación de una CPU?

Una generación de una CPU influye en el rendimiento, consumo energético y compatibilidad con el hardware. Tanto AMD como Intel ofrecen nuevas generaciones de CPUs con una cadencia casi anual.

En un paso de generación de CPUs, puede ser que opten por una litografía de menos nanómetros y que con ello sean más eficientes a nivel energético. Puede ser que incluyan a nivel de hardware compatibilidad con nuevos códecs de vídeo, o protocolos de hardware como nuevas generaciones de PCIe o memoria RAM.

¿Qué pasa si el procesador está al 100?

Si el procesador está al 100, significa que está al 100% de su capacidad. Ya está al máximo de la capacidad de procesamiento, y cerca de su máximo de capacidad. Cuando esto pasa, la CPU empieza a ir más lento para no entrar en temperatura crítica.

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Benjamín Rosa

Madrileño cuya andadura editorial empezó en 2009. Me encanta investigar curiosidades que después os traigo a vosotros, lectores, en artículos. Estudié fotografía, habilidad que utilizo para crear fotomontajes humorísticos.

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