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UNIDAD CENTRAL DE
PROCESOS
Ahora vamos a hablar de la CPU, la Unidad Central de Procesamiento.
La CPU es el componente que ejecuta las instrucciones del programa alojado
en la memoria del ordenador.
Los procesadores están fabricados en obleas de silicona, cada uno puede
contener entre quinientos y mil procesadores.
En una CPU moderna, podemos encontrar más de 2.000 millones de
transistores. Y este número está incrementando mientras el proceso de
miniaturización logra producir componentes cada vez a escalas más pequeñas.
Esta evolución fue esbozada por Gordon Moore, cofundador de Intel, en 1965.
Él predijo que el número de componentes en un circuito integrado se duplicaría
cada 18 meses. Esto se conoce como la ley de Moore y hoy en día todavía es
válida pero va a llegar un momento en que dejara de serlo. Algunos estudios
sugieren que el fin de esta ley llegará en unos veinte años.
El procesador encontramos en nuestro propio ordenador está desarrollado con
una tecnología de 14 nanómetros. En una placa de 82 mm podemos tener cerca
de 2 billones de transistores.
¿Cómo de grande son 14 nanómetros? Bueno puedes ver la escala en la foto.
El tamaño es diez veces más pequeño que un virus, y unas 50 veces más
grande que un átomo de silicona.
Un ordenador es capaz de hacer tareas muy complejas, pero su única CPU
ejecuta instrucciones simples, es el software lo que hace el trabajo duro de la
conversión de estas tareas complejas en estas sencillas instrucciones. Una CPU
sólo es capaz de obtener los datos de la memoria, para realizar aritmética simple
y operaciones lógicas (que son las comparaciones, tales como mayor que o
igual a), para saltar a una parte diferente del programa en función de los
resultados y para poner los datos de vuelta en la memoria, nada más y nada
menos. También cuenta con mecanismos para interrumpir un programa
después de recibir una señal externa (para ser capaces de atender a las
peticiones de los dispositivos que necesitan ser atendidos de inmediato).
¿Cómo funciona una CPU? La unidad de captación previa extrae la siguiente
instrucción de la memoria y la unidad de decodificación decodifica para obtener
la operación. Más tarde se obtiene los datos necesarios de la memoria y la
coloca en la memoria interna de la CPU (que se llama los registros de la CPU).
La unidad aritmética-lógica se encarga de realizar la operación con los datos
almacenados en los registros y la obtención del resultado, que se devuelve
después a la memoria principal a partir de los registros internos. Después de
esto, la siguiente instrucción se carga desde la memoria RAM. A veces, antes
de cargar la nueva instrucción, un salto a otra ubicación de memoria se ejecuta
en función de los resultados de la instrucción anterior. La unidad de control
organiza el proceso completo sincronizado a un reloj central.
El rendimiento de la CPU depende de varios factores.
Uno de los más relevantes y conocidas es la velocidad, que se mide en hercios
(ciclos por segundo). Pero hertz no es una medida de la velocidad, sino una
medida de la frecuencia del reloj interno. Por lo general, más hertz significan
más velocidad de procesamiento, pero no es siempre así, porque hay otros
mecanismos que también influyen en la velocidad de procesamiento.
Las CPUs utilizadas en la actualidad las computadoras tienen frecuencias de
reloj en el rango de 1 GHz (gigahertz es equivalente a un billón de EE.UU. hertz).
El problema es que con frecuencias altas, la temperatura se eleva y la disipación
de calor se hace más difícil la miniaturización, por lo que se habrá dado cuenta
de que hace varios años los incrementos en la velocidad de reloj del procesador
de nuevos procesadores se atascó. Ahora están mejorando su rendimiento
utilizando otras técnicas como el límite de la disipación de calor, quedando cerca
de lo que la tecnología puede conseguir hoy en día.
El reloj proporciona una señal con una frecuencia dada. Cada instrucción tiene
un número específico de ciclos de reloj para ser ejecutado.
Por ejemplo, supongamos que una instrucción necesita 3,5 ciclos de reloj a ser
ejecutado como en la imagen. Si el equipo funciona a 1 Hz (1 ciclo por segundo),
la instrucción se necesita 3,5 segundos para completarse. Pero, si funciona en
2 hertzs (2 ciclos por segundo), completará la operación en tan sólo 1,75
segundos.
La velocidad de una CPU moderna se mide en millones de operaciones por
segundo. Es por eso que, dado el mismo procesador, más gigahertzs significa
que es más rápido.
Otra característica importante es la longitud de la palabra.
Básicamente, es el número de bits que la CPU puede recibir al acceder a la
memoria. Puede imaginarlo como el número de carriles en una carretera.
Cuando se aumenta el número de bits que pueden ser transferidos de forma
simultánea, el rendimiento de la CPU mejora.
La última característica que afecta al rendimiento de la CPU es el número de
núcleos del procesador. Un procesador con un núcleo puede ejecutar una
instrucción a la vez.
Si podemos añadir otro núcleo, entonces se pueden ejecutar en paralelo dos
programas diferentes, resultando el procesador el doble de rápido.
Las CPU de los ordenadores de sobremesa suelen tener 2, 4, 6 o incluso 8
núcleos.
Los núcleos pueden ser combinados con otra tecnología llamada hyper
threading, que permite ejecutar dos hilos diferentes del mismo programa casi en
paralelo.
Por ejemplo, cada ficha de un navegador web o de cada avatar de un videojuego
se ejecuta en un hilo independiente.
Como resultado, un solo procesador puede ejecutar 8 instrucciones en paralelo
incrementando el rendimiento de la CPU
En el mercado de consumo hay dos principales fabricantes de procesadores,
Intel y AMD.
Sus productos son compatibles, por lo que pueden ejecutar el mismo conjunto
de instrucciones en todos ellos.
Los equipos de sobremesa Intel tiene modelos i3, i5 e i7, con algunos diseños
específicos para los ordenadores portátiles y Tablets. El equivalente en AMD
son los procesadores Athlon.
Ambas marcas tienen CPU más potentes orientadas a las estaciones de
trabajo y servidores: el Xeon y Opteron, que son respectivamente
equivalentes.