¿Qué es un procesador?

Procesador, Microprocesador: o también conocido como CPU, por las siglas que en inglés significan Central Processor Unit, y que justamente es el corazón de cada equipo, siendo una de las piezas irremplazables dentro de sus componentes de Hardware, y la que interactúa con cada uno de los otros componentes.

Definimos entonces como Procesador a un Circuito Eléctrico Integrado que funciona en forma Central y que es justamente el de mayor complejidad de todo sistema informático, siendo considerado el cerebro de un ordenador, donde cada uno de los componentes electrónicos (del orden de los millones) formarían parte de las Neuronas, encargados de transmitir la energía eléctrica necesaria para su funcionamiento.

¿Cómo funciona?

El funcionamiento de un procesador se puede dividir en las siguientes etapas:

Todo el sistema está gobernado por un reloj que se encarga de sincronizar los diferentes bloques funcionales. La velocidad a la que este cambia de estado se denomina frecuencia de funcionamiento y está relacionada con la capacidad de cómputo del sistema.

Se lee una instrucción de memoria. El conjunto de instrucciones de cualquier procesador actual incluye más de mil diferentes y va creciendo con el tiempo. Se añaden para mejorar la velocidad de procesamiento de ciertas aplicaciones.

Se buscan los datos necesarios. Algunas instrucciones necesitaran de datos, los cuales normalmente estarán en la memoria RAM, para poder llevar a cabo su trabajo. Siempre habrá que esperar a tenerlos todos antes de llevar a cabo los cálculos. Es muy importante que el flujo de datos y de instrucciones sea lo más rápido posible para que no se produzcan bloqueos.

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 como la unidad aritmética lógica o la de punto flotante.

Se pasa a la siguiente instrucción. Que no es siempre la que se encuentra a continuación en la memoria. Muchas instrucciones pueden cambiar el flujo del programa y permitir saltos o repetir ciertas acciones hasta que se cumpla una determinada condición.

¿Para qué sirve?

Como su nombre lo dice es en donde se lleva a efecto la operación de todos los requerimientos, los demás dispositivos son utilizados para el envío y almacenaje de información.

El procesador es el cerebro de la computadora tambien llamado el centro de operaciones de todos los procesos e instrucciones que se realizan en ella, y su desempeño se mide en velocidad por MHz o GHz. sin ella la computadora sería sólo una caja.

El procesador es un encapsulado de silicio como un chip, no es el CPU ya que el CPU es todo lo que contiene el gabinete incluido el mismo gabinete.

EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES

Existieron dos grandes productores de microprocesadores tales como INTEL y AMD. Los cuales a través de los años han modificado y mejorado las exigencias de los mismos. Y de la siguiente manera así surgieron los microprocesadores:

El INTEL 4004: fue el primer microprocesador del mundo, creado en un simple chip; y desarrollado por INTEL. Era un CPU de 4 bits y también fue el primero disponible comercialmente.

El INTEL 8008: codificado inicialmente como 1201, fue pedido a INTEL por Computer Terminal para usarlo en su terminal programable Datapoint 2200. Este microprocesador también fue puesto en venta.

1974. El INTEL 8080: el 8080 se convirtió en la CPU de la primera computadora personal, la ALTAIR 8800 de MITS.

1978 LOS INTEL 8086 Y 8088: una venta realizada por INTEL a la nueva división de computadoras personales de IBM, hizo que las PC de IBM dieran un gran golpe comercial con el nuevo producto con el 8088, llamado IBM PC.

1982 EL INTEL 80286: el 80286, popularmente conocido como 286, fue el primer procesador de INTEL que podría ejecutar todo el software escrito para su procesador.

1985. EL INTEL 80386: este procesador se integro con 275000 transistores. Se le añadió un arquitectura de 32 bits, con capacidad para multitarea y una unidad de traslación de paginas. Haciendo mas fácil el implemento de sistemas operativos que usaran memoria virtual.

EL INTEL 80486: este procesador fue el primero en ofrecer un coprocesador matemático o FPU integrado; con el que se aceleraron notablemente las operaciones de calculo.

1991 EL AMD AMx86: surgen los procesadores AMD, fueron llamados los clones de INTEL, llegaron incluso a superar la frecuencia de reloj de los procesadores de INTEL y a precios significativamente menores.

1993. EL INTEL PENTIUM: poseía una arquitectura capaz de ejecutar dos operaciones a la vez, gracias a sus dos pipelines de datos de 32 bits cada uno. Cada uno equivalente al 486DX(u) y el otro equivalente a 486SX(u).

EL INTEL PENTIUM PRO: se diseño con una arquitectura de 32 bits,. Se uso en servidores y los programas y aplicaciones para estaciones de trabajo de redes.

EL AMD K5: el k5 es internamente un procesador RISC con una unidad de X86-decodificadora, transforma todos los comandos X86 en comandos RISC. Y a su vez poseía un precio inferior al Pentium pro.

1996. EL AMD K6: conto con una gama que va desde los 186 hasta los mas de 500 MHz y con el juego de instrucciones MMX, que ya sean convertido en estándares.

EL INTEL PENTIUM II: un procesador de 7.5 millones de transistores, gracias a este procesador los usuarios pueden capturar, revisar y compartir fotografías digitales, vía internet revisar y agregar texto, música y otros; con una línea telefónica.

EL INTEL CELERON: el objetivo principal de la elaboración de este procesador fue poder, se pretendió ingresar al mercado con rendimiento y precios bajos.

1999. EL AMD ATHLON K7: a este procesador se le mejoro substancialmente el sistema de coma flotante y se le incremento la memoria de cache de primer nivel a 128 KiB.

EL INTEL PENTIUM III: este procesador ofrece 70 nuevas instrucciones internet straming, las extensiones de SIMD que refuerzan dramáticamente el desempeño con imágenes avanzadas , 3D, añadiendo una mejor calidad de audio, video y desempeño en aplicaciones de reconocimiento de voz.

EL INTEL PENTIUM IV: en este procesador se inicia la arquitectura NetBurst. Intel sacrifico el rendimiento de cada ciclo para obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una mejora en las instrucciones SSE.

2001. EL AMD ATHLON XP: este procesador compatibilizaba las instrucciones SSE y las 3DNow, entre las mejoras se puede mencionar la prerrecuperacion de datos por hardware y el aumento de las entradas TLB de 24 a 32.

EL INTEL PENTIUM 4 PRESCOTT: estos procesadores poseen 1 MiB o 2 MiB de cache L2 y 16 KiB de cache l1, prevención de ejecución, SpeedStep, C1E State, un HyperThreading mejorado. Aunque poseía problemas de producción.

EL AMD ATHLON 64: este procesador implementa el conjunto de instrucciones AMD64, presenta un controlador de memoria en el propio circuito integrado del microprocesador . A su vez presento una tecnología de reducción de la velocidad del procesador llamado Cool`n`Quiet.

2006. EL INTEL CORE DUO: estos procesadores de doble núcleo y CPUs 2×2 MCM de cuatro núcleos con el conjunto de instrucciones x86-64, la microarquitectura Core regreso la velocidad de las CPU bajas y mejoro el uso del procesador de ambos ciclos de velocidad y energía .

EL AMD PHENOM: poseen una tecnología de 65 nanómetros lograda a través de tecnología de fabricación Soi. A su vez diseñados para facilitar el uso inteligente de energía y recursos del sistema, listos para la virtualización , generando un optimo rendimiento por vatio.

2008. EL INTEL CORE NEHALEM: esta fabricado en arquitecturas de 45 nm y 32 nm y posee 731 millones de transistores su versión mas potente. Se vuelven a implementar frecuencias altas. Memoria de tres canales , cada canal puede soportar una o dos memorias DIMM DDR3. Las placas base compatibles con Core i7.

EL AMD PHENOM II: fueron procesador de multinucleo fabricados en 45 nm, permitió aumentar la cantidad de cache L3. a su vez envían al mercado una gran contribución en cuanto a rendimiento y a calidad de precios.

Elementos básicos de un procesador moderno

En un procesador puedes encontrar los siguientes elementos:

Núcleos. Una delas mejoras en las tecnologías de fabricación de los procesadores lo que ha conseguido es aumentar el número de transistores que pueden los fabricantes crear por unidad de área. Un mayor número de ellos conlleva que se puedan integrar más elementos. Los fabricantes gracias a esto han añadido varios núcleos en un mismo procesador. Cada uno de estos elementos no es más que un procesador pero reducido en tamaño. Al tener varios ciertas tareas se pueden acelerar al trabajar en paralelo.

Cache. Es muy importante, para las prestaciones que el micro es capaz de dar, acelerar el uso de los accesos a memoria RAM. Ten en cuenta que en ella se encuentran tanto los datos como las instrucciones de los programas con los que estés trabajando. Un procesador tiene varios niveles de memoria cache pensada para acelerar estos accesos. Su idea de funcionamiento es sencilla, se almacenan en ella los datos e instrucciones a los que se accede más frecuentemente y al estar cerca del procesador el acceso es más rápido.

Fuera del núcleo nos encontramos con la denominada LLC (Last level cache) que dependiendo del modelo es la tercera o segunda capa.

Otros elementos integrados. Dependiendo de la arquitectura tendrán más elementos o menos en su interior. Más información un poco más adelante en el artículo.

Interconexionado interno. Todos estos elementos necesitan conectarse entre ellos para intercambiar información. Tenemos básicamente dos opciones o conectar líneas una a una entre todos los elementos lo cual complica algo el diseño o crear un bus al cual todos se conecten para compartir información.

¿Qué hay en el interior de cada núcleo?

A grandes rasgos podemos ver un núcleo como un procesador antiguo. Aunque si te acercas verías que el diseño ha ido adaptándose con muchas optimizaciones para mejorar las prestaciones.

Unidad de control. De esta forma se denomina a un conjunto de elementos que puedes encontrar en el interior de un núcleo encargado de cargar las instrucciones y datos según se van ejecutando los programas.

Al leer una instrucción, la divide en micro instrucciones más pequeñas de tal forma que pueden encargar su ejecución a los distintos elementos del núcleo. Estas micro instrucciones se pueden ejecutar por tanto en paralelo o incluso en un orden distinto del que llegan.

Registros. Un registro no es más que una pequeña memoria que esta integrada en el procesador. En ella es donde se almacenan los datos para ser procesados. Es la memoria más rápida de todo el sistema pero suelen ser muy pequeñas. Con el avance de las arquitecturas, al añadir más instrucciones, cada vez existen más tipos de registros.

Unidad Aritmética Lógica. Conocida normalmente como ALU por sus siglas en ingles, es la encargada de realizar operaciones aritméticas y lógicas sobre números. En concreto estamos hablando de números enteros, es decir aquellos que no tienen decimales.

Unidad de coma flotante. Realizan las mismas funciones que la ALU pero sobre números naturales. Sus siglas en ingles es FPU. Este elemento no siempre ha estado incluido dentro del chip si no que era un elemento externo y se llamaba coprocesador matemático. Con los años ha ganado cada vez más funcionalidades y su función sin duda es muy importante.

Primeros niveles de cache. La cache más cercana a la unidad de control suele estar dividida en instrucciones y datos. De esta forma la unidad puede ir ejecutando varias instrucciones sin tener que estar continuamente leyendo de la RAM con cada nueva. Es muy común que existan al menos dos niveles de memoria cache en el interior del núcleo.

¿Que elementos se suelen integrar?

Como ya te comente cada vez se añaden más elementos dentro del procesador, entre ellos puedes encontrar:

Controlador de memoria. Antes tenías un elemento sobre la placa base que se encargaba de toda la comunicación entre el micro y la memoria RAM. Al incluir este en el interior del procesador conseguimos mejoras en la velocidad muy importantes.

Tarjeta gráfica. Cada vez son más los modelos que incluyen una tarjeta gráfica en su interior. De esta forma conseguimos reducir el consumo y ahorrarnos dinero, al no tener que adquirir este dispositivo, en nuestro equipo. Por desgracia estas no son tan potentes como sus hermanas mayores las discretas de toda la vida.

Controlador PCI Express. Al implementar internamente este componente la comunicación con la tarjeta gráfica discreta es directa. Es decir, se ha seguido la misma filosofía que con el controlador de memoria.

Controlador del bus del sistema. El bus del sistema permite al procesador comunicarse con los periféricos que se encuentran en la placa base. Al incluirlo se consiguió otra vez una mejora en la velocidad global del sistema.

¿Qué nos traerá el futuro?

Ten por seguro que cada vez tendremos más elementos integrados en el procesador. La idea es que pasemos del concepto de procesador al de SOC, es decir todo el sistema, o al menos la CPU y la placa base, en un solo chip.

Esto será beneficioso, sobre todo, para los equipos portátiles ya que reducimos consumo y tamaño.

Importancia del procesador

La Unidad Central de Procesamiento (CPU) es el cerebro de todo sistema informático. Toda acción realizada por la computadora en algún momento pasa por la CPU. Las CPU actuales están alojadas en un único chip llamado microprocesador. Historia Las primeras CPU eran placas de circuitos llenas con transistores y se ubicaban en gabinetes de acero grandes. Ahora son tan pequeñas que caben en celulares diminutos o reproductores de MP3 e incluso se encuentran en muchos electrodomésticos comunes. Función Las CPU son las responsables de ejecutar los comandos enviados por los programas de software. Es la central lógica de la computadora.

Tipos de procesadores:

Pentium-75 ; 5x86-100 (Cyrix y AMD)

AMD 5x86-133

Pentium-90

AMD K5 P100

Pentium-100

Cyrix 686-100 (PR-120)

Pentium-120

Cyrix 686-120 (PR-133) ; AMD K5 P133

Pentium-133

Cyrix 686-133 (PR-150) ; AMD K5 P150

Pentium-150

Pentium-166

Cyrix 686-166 (PR-200)

Pentium-200

Cyrix 686MX (PR-200)

Pentium-166 MMX

Pentium-200 MMX

Cyrix 686MX (PR-233)

AMD K6-233

Pentium II-233

Cyrix 686MX (PR-266); AMD K6-266

Pentium II-266

Pentium II-300

Pentium II-333 (Deschutes)

Pentium II-350

Pentium II-400

entre otros.

Es necesario saber que el procesador esta internamente conformado por la unidad de control, la unidad aritmética lógica, registros internos, buses, unidad punto flotante y reloj.