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Qué es y para qué sirve el microprocesador o CPU

También conocido como CPU o unidad central de procesamiento, el microprocesador es un motor de cálculo completo que se fabrica en un solo chip de silicio. También se conoce como el corazón de cualquier ordenador normal, ya sea una máquina de escritorio, un servidor o un ordenador portátil.

¿Quieres aprender más sobre él? ¡No te pierdas nuestro interesante artículo!

¿Qué es un microprocesador?

Seguramente el microprocesador que estes usando en tu equipo sea un Pentium, un AMD Ryzen o una de las generaciones de Intel Core i3, i5, i7 o i9. Estos son los procesadores más populares… pero realmente todos hacen “aproximadamente lo mismo” (lo dejo entre comillas,.porque hay tecnologías que lo diferencian) y de la misma manera.

El primer microprocesador fue el Intel 4004, introducido en 1971. No era muy poderoso, ya que todo lo que podía hacer era sumar y restar, y solo podía hacer eso a 4 bits a la vez. Pero fue increíble que todo estuviera en un chip.

El microprocesador se aloja, por lo general, a través de un zócalo concreto de la placa base del ordenador; y al que se le añade, para su estable y correcto funcionamiento, un sistema de refrigeración, que incluye un disipador de calor y ventiladores, que se encargan de eliminar todo el excedente de calor que absorbe el disipador.

Entre la cápsula del microprocesador y el disipador, comúnmente se utiliza pasta térmica con el fin de hacer más efectiva la conductividad del calor. Además, en el mercado hay otros métodos más modernos y con más eficacia, como la refrigeración líquida o el empleo de células peltier para una mayor refrigeración, si bien estas prácticas se usan casi en exclusiva para hacer overclocking.

¿Para qué sirve un microprocesador?

Un microprocesador es un componente que realiza las instrucciones y tareas involucradas en el procesamiento informático y es el “motor” que se pone en marcha cuando enciendes el equipo. En un sistema informático, el microprocesador es la unidad central que ejecuta y gestiona las instrucciones lógicas que se le transmiten.

Un microprocesador está diseñado para ejecutar operaciones típicas tales como adición, sustracción, división, multiplicación, comunicación de dispositivos e interprocesos, administración de entradas, salidas, y más.

Está compuesto por circuitos integrados que contienen miles de transistores, dependiendo de la potencia del equipo.

Los microprocesadores se clasifican generalmente según el número de instrucciones que pueden procesar en un tiempo determinado, la frecuencia de reloj medida en megahertz y el número de bits utilizados por instrucción.

Un microprocesador está diseñado para realizar operaciones aritméticas y lógicas que utilizan pequeñas áreas de retención de números llamadas registros.

Cuando tu ordenador está encendido, el microprocesador recibe la primera instrucción del sistema básico de entrada/salida (BIOS) que viene con el equipo como parte de su memoria.

Después de eso, la BIOS, o el sistema operativo que la BIOS carga en la memoria del ordenador, “conduce” al microprocesador, dándole instrucciones para que lo realice. Un microprocesador acepta datos binarios como entrada y proporciona salida después de procesarlo, según las instrucciones almacenadas en la memoria.

¿Qué es un Chip?

Un chip también se llama circuito integrado. Generalmente es una pequeña y delgada pieza de silicio sobre la que se han grabado los transistores que componen el microprocesador.

Un chip puede ser tan grande como una pulgada en un lado y puede contener decenas de millones de transistores. Los procesadores más simples pueden consistir en unos pocos miles de transistores grabados en un chip de pocos milímetros cuadrados.

¿Cómo funciona un microprocesador?

como funciona un microprocesador
Imagen de wikipedia

Un procesador es el cerebro de un ordenador que consiste básicamente en una unidad aritmética y lógica (ALU), una unidad de control y una matriz de registro.

Como su nombre indica, ALU realiza todas las operaciones aritméticas y lógicas sobre los datos recibidos de los dispositivos de entrada o memoria.

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La matriz de registro consiste en una serie de registros como el acumulador (A), B, C, D, etcétera, que actúa como ubicaciones temporales de memoria de acceso rápido para procesar datos.

Por su parte, la unidad de control gestiona el flujo de instrucciones y datos en todo el sistema.

Así que básicamente, un microprocesador toma la entrada de los dispositivos conectados, la procesa según las instrucciones dadas en la memoria, y produce la salida.

Ventajas de un microprocesador

  • Bajo coste: los microprocesadores están disponibles a bajo costo gracias a la tecnología de circuitos integrados. Lo que reduce el coste de un sistema informático.
  • Alta velocidad: los chips de microprocesador pueden trabajar a muy alta velocidad gracias a la tecnología que se utiliza en ellos. Es capaz de ejecutar millones de instrucciones por segundo.
  • Tamaño pequeño: debido a la tecnología de integración a gran escala y ultra gran escala, un microprocesador se fabrica con un tamaño de superficie muy reducido. Esto reducirá el tamaño de todo el sistema informático.
  • Versátil: los microprocesadores son muy versátiles, el mismo chip se puede utilizar para una serie de aplicaciones simplemente cambiando el programa (instrucciones almacenadas en la memoria).
  • Bajo consumo de energía: los microprocesadores se fabrican generalmente utilizando la tecnología de semiconductores complementario de óxido metálico (CMOS), en la que los MOSFETs (transistores de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor) trabajan en los modos de saturación y corte. Por lo tanto, el consumo de energía es muy bajo.
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  • Menos generación de calor: comparados con los dispositivos de tubos de vacío (válvula termo-iónica), los dispositivos de semiconductores no emiten tanto calor.
  • Fiable: los microprocesadores son muy fiables, y la tasa de fallos es muy inferior a medida que se utiliza la tecnología de semiconductores.
  • Portátil: los dispositivos o sistemas informáticos fabricados con microprocesadores pueden hacerse portátiles debido al reducido tamaño y bajo consumo de energía.

Términos comunes usados en un microprocesador

Para entender cómo funciona un microprocesador, es útil mirar hacia adentro y aprender acerca de la lógica utilizada para crear uno. En el proceso también se puede aprender acerca del lenguaje nativo de un microprocesador y muchas de las cosas que los ingenieros pueden hacer para aumentar la velocidad de un procesador.

Estos son algunos términos comunes que se usan en el campo de los microprocesadores:

El Bus

Un bus es un conjunto de conductores destinados a transmitir datos, direcciones o información de control a diferentes elementos de un microprocesador. Usualmente, un microprocesador tendrá 3 tipos de buses: Data Bus, Control Bus y Address Bus. Un procesador de 8 bits utilizará un bus de 8 bits de ancho.

Conjunto de instrucciones

El conjunto de instrucciones es el grupo de comandos que un microprocesador puede entender. El conjunto de instrucciones es una interfaz entre el hardware y el software. Una instrucción ordena al procesador que cambie los transistores relevantes para hacer algún procesamiento de datos. Por ejemplo ADD A, B; se utiliza para añadir dos números almacenados en los registros A y B.

Longitud de palabra

Longitud de palabra es el número de bits en el bus de datos interno de un procesador o es el número de bits que un procesador puede procesar a la vez.

Por ejemplo, un procesador de 8 bits tendrá un bus de datos de 8 bits, registros de 8 bits y procesará 8 bits a la vez. Para realizar operaciones de bits más altos (32 o 16 bits), dividirá eso en una serie de operaciones de 8 bits.

Memoria caché

La memoria caché es una memoria de acceso aleatorio integrada en el procesador. De este modo, el procesador puede acceder a los datos de la memoria caché más rápidamente que con una RAM normal. También se conoce como “memoria de CPU”. La memoria caché se utiliza para almacenar datos o instrucciones a las que el software o programa hace referencia con frecuencia durante la operación. Así, aumentará la velocidad total de la operación.

Frecuencia de reloj

Los microprocesadores utilizan una señal de reloj para controlar la velocidad a la que se ejecutan las instrucciones, sincronizar otros componentes internos y controlar la transferencia de datos entre ellos. Por lo tanto, la velocidad de reloj se refiere a la velocidad a la que un microprocesador ejecuta las instrucciones. Generalmente, se mide en hertzios y se expresa en megahercios (MHz), gigahercios (GHz), etcétera.

Clasificación de los microprocesadores

Los microprocesadores se pueden clasificar de la siguiente manera:

Longitud de palabra

Basándonos en la longitud de palabra de un procesador, podemos tener procesadores de 8 bits, 16 bits, 32 bits y 64 bits.

RISC – Conjunto de instrucciones reducidas

RISC es un tipo de arquitectura de microprocesador que utiliza un conjunto de instrucciones pequeñas, de propósito general y altamente optimizado, en lugar de un conjunto de instrucciones más especializadas como se encuentran en otros componentes.

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RISC ofrece un alto rendimiento sobre su arquitectura opuesta CISC. En un procesador, la ejecución de cada instrucción requiere un circuito especial para cargar y procesar los datos. Por lo tanto, al reducir las instrucciones, el procesador utilizará circuitos simples y un funcionamiento más rápido.

Estos microprocesadores poseen:

  • Juego de instrucciones simples
  • Programas más grandes
  • Consta de un gran número de registros
  • Circuito de procesador simple (pequeño número de transistores)
  • Más uso de RAM
  • Instrucciones de longitud fija
  • Modos de direccionamiento sencillos
  • Normalmente se fija el número de ciclos de reloj para ejecutar una instrucción

CISC – Conjunto de instrucciones complejas

CISC es la arquitectura de microprocesador opuesta a RISC. Se realiza para reducir el número de instrucciones por programa, ignorando el número de ciclos por instrucción. De este modo, las instrucciones complejas se convierten directamente en hardware, lo que hace que el procesador sea más complejo y lento en su funcionamiento.

Esta arquitectura está diseñada para reducir el coste de la memoria, reduciendo la duración del programa.

Estos microprocesadores poseen:

  • Conjunto de instrucciones complejas
  • Programa más pequeño
  • Menor número de registros
  • Circuito de procesador compleja (más transistores)
  • Poco uso de RAM
  • Instrucciones de longitud variable
  • Variedad de modos de direccionamiento
  • Número variable de ciclos de reloj para cada instrucción

Procesadores especiales

Hay algunos procesadores que están diseñados para manejar algunas funciones específicas:

  • DSP (Procesadores de señal digital)
  • Coprocesadores: procesadores usados junto con un procesador principal (coprocesador matemático 8087 usado con 8086)
  • Procesadores de entrada/salida
  • Transputer: microprocesador con memoria local propia

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Para finalizar, un microprocesador es la unidad más importante dentro de un sistema informático y es responsable de procesar el conjunto único de instrucciones y procesos, por lo tanto, es esencial analizar cuáles son los mejores microprocesadores en la actualidad para hacer una buena elección. Estos detalles que hemos comentado son de un procesador, pero básico para entender como funciona un procesador de hace 20 – 30 años. Actualmente hay muchas más funciones, que  os invitamos que investiguéis. ¿Qué os ha parecido nuestro artículo? ¡Esperamos vuestros comentarios!

Miguel Ángel Navas

Amante de la informática, los smartphones y la tecnología en general. Técnico superior en Administración de sistemas informáticos y redes, y un reviewer sin pelos en la lengua. Cualquier duda o cuestión aquí me tenéis.
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