Las diferentes partes de un CPU y sus funciones

La Unidad Central de Procesamiento (CPU) maneja todas las instrucciones del software y el hardware de un ordenador. La importancia de este componente se siente en gran medida cuando se trata de la tarea que se quiere realizar.

También se le conoce como procesador, procesador central o microprocesador. Con cada nueva versión de la CPU, los portátiles son cada vez más rápidos, más potentes y más eficientes. Esencialmente, cuanto más rápido sea el CPU = más rápido es tu portátil.

Tratar de darle sentido a todos esos números, abreviaturas y otras especificaciones técnicas mientras compras un nuevo portátil puede ser intimidante. Utiliza esta guía para familiarizarte con las diferentes partes de la CPU y su función.

¿QUÉ ES UNA CPU?

Los acrónimos son el intento del mundo de la tecnología de hacer más accesible la tecnología confusa. Sin embargo, este esfuerzo no siempre tiene éxito.

Los términos «CPU» y «procesador» a menudo se usan indistintamente. Mientras que esto es técnicamente correcto, un portátil se compone de muchos procesadores.

Y aunque, a menudo se le llama el «cerebro de un ordenador». En realidad, es más parecido al corazón ya que (como el corazón humano) es importante para el rendimiento del sistema de un portátil.

En realidad, el software es el cerebro de una computadora porque sin él, una laptop tendría toda la utilidad de una calculadora muy eficiente.

¿CÓMO ES UNA CPU?

Es básicamente un chip de silicio en forma de cuadrado o rectángulo con millones de transistores microscópicos. En la parte inferior y posterior hay cientos de pines metálicos cortos y redondeados.

¿DÓNDE PUEDO ENCONTRAR LA CPU?

Los pines del conector de la CPU se conectan en los agujeros correspondientes en un enchufe que se encuentra en la placa madre de un portátil. La esquina con muescas de una CPU le ayuda a guiarla (con el lado de los pines hacia abajo) correctamente en el enchufe compatible que se encuentra en la placa madre. Una pequeña palanca asegura la CPU en su lugar.

Las CPU se calientan

Después de funcionar incluso por un corto tiempo – como otros componentes de un portátil – las CPUs producen calor. Los disipadores de calor y los ventiladores de refrigeración suelen estar conectados en la parte superior de la CPU para mantenerlos frescos y funcionando sin problemas. Algunos portátiles vienen con componentes de refrigeración para la RAM, la GPU y la CPU. Los sistemas de refrigeración avanzados incluyen: kits de refrigeración por agua, que encontrarás en los portátiles para juegos y estaciones de trabajo.

COMPONENTES INTERNOS DE UNA CPU EXPLICADOS

Las 3 partes principales de una CPU son la ALU, la CU y la unidad de memoria. Desde los años 70, estos componentes se han integrado tanto en el diseño general de una CPU que es difícil reconocerlos desde el exterior.

Así que, aquí hay una lista de partes básicas de la CPU para aclarar las cosas:

  • La unidad aritmética lógica (ALU) realiza operaciones matemáticas, lógicas y de decisión. Se puede dividir en la unidad aritmética (responsable de la suma, la resta, la multiplicación y la división). Y la unidad lógica (responsable de comparar, seleccionar, emparejar y fusionar diferentes datos o información). La potencia y la eficiencia de la CPU depende del diseño de la UAL.
  • A continuación se encuentra la unidad de control (CU) que dirige todas las operaciones del procesador. Es donde la CPU lee e interpreta las peticiones de la memoria y las transforma en una serie de señales (binarias). Luego envía la operación a varias partes del portátil según las instrucciones. La CU llama a la ALU para realizar los cálculos necesarios. También coordina todos los dispositivos de entrada/salida para transferir o recibir instrucciones.
  • El trabajo principal de la unidad de memoria es almacenar datos o instrucciones y resultados intermedios. Se divide en memoria primaria y secundaria para suministrar datos a otras unidades de la CPU. Permite a la CPU realizar funciones solicitadas por programas como el sistema operativo sin tener que pedirle a la RAM.

Otro elemento de la CPU que no aparece en el diagrama son los transistores. Para realizar los cálculos, la información binaria (unos y ceros) se almacena en estos interruptores microscópicos. Controlan el flujo de electricidad dependiendo de si el interruptor está encendido o apagado. Las señales se apagan y se encienden en diferentes combinaciones de transistores para realizar los cálculos. Un chip de silicio muy delgado puede contener varios cientos de millones de transistores.

¿CÓMO FUNCIONA UNA CPU?

La función principal de una CPU es tomar las solicitudes de programas, aplicaciones, periféricos (como el teclado, el ratón y la impresora) e interpretar lo que necesitan. Luego realiza la solicitud, o da la información en la pantalla.

CPU CACHE

La caché es un tipo de memoria rápida que se almacena entre la RAM y la CPU. Es como un lugar de retención temporal en la CPU para los datos que se usan todo el tiempo. El bus frontal (FSB) de la CPU se conecta con la RAM de la placa madre.

En lugar de depender de la RAM para los datos de uso común. Se almacena en la caché de la CPU, que es más rápida que la RAM debido a su proximidad física a los procesadores de la CPU. Esta configuración permite a la CPU quitar las solicitudes de la memoria, aumentando enormemente la velocidad de los portátiles.

Hay tres niveles de caché. Si la CPU tiene un Cache L2 o L3, por otro lado, es una referencia a la memoria interna de la CPU. Determina cuán rápida será esta memoria interna durante el procesamiento. Cuanto más caché tenga, más rápido funcionará la CPU.

El REGISTRO es sólo una pequeña cantidad de almacenamiento de datos que ayuda con algunas operaciones de la CPU. Pero no es un caché.

EL BINARIO ES LA LENGUA NATIVA DE LA CPU

La CPU del portátil maneja dos tipos de datos en un momento dado: Datos que necesitan ser procesados y el código del programa conectado a ellos. Estos se escriben en bits, una secuencia binaria de unos y ceros que es el lenguaje que la CPU entiende.

Un procesador no recibe un flujo consistente de datos. En su lugar, se recibe en trozos más pequeños, llamados «palabras» o bits. La CPU está limitada por el número de bits de una palabra. Esto determina la cantidad de información que puede ser procesada en un momento dado durante un ciclo del reloj interno del portátil. Y la cantidad de memoria RAM a la que se puede acceder en el mismo tiempo.

Que tu portátil pueda ejecutar un sistema operativo (SO) de 32 ó 64 bits, por ejemplo, depende del tamaño de las unidades de datos que pueda manejar la CPU. Se puede acceder a más memoria a la vez, y en piezas más grandes con una CPU de 64 bits. Por eso verás que un sistema operativo de 64 bits no puede funcionar en un sistema con sólo una CPU de 32 bits.

Como resultado, ya que el SO juega un papel clave en la comunicación con los componentes de hardware. Necesita estar al mismo nivel que la CPU para manejar la programación de los procesos, el direccionamiento de la memoria y el acceso al almacenamiento. Es por eso que un sistema operativo se comercializa como de 32 o 64 bits.

EL PODER DE LOS MÚLTIPLES NÚCLEOS

La rapidez con la que una CPU puede procesar datos también se ve afectada por el número de núcleos que tiene.

Un CPU contiene al menos un procesador o «Core», que es el chip dentro del CPU que realiza los cálculos. En los primeros días, las CPU sólo tenían un núcleo. Esto limitaba a los ordenadores a un único conjunto de tareas, lo que hacía que la computación fuera lenta y consumiera mucho tiempo.

Las CPU multi-núcleo resuelven esta limitación de tiempo incluyendo más de un núcleo de procesador en un solo chip. En general, al aumentar el número de núcleos, las CPU pueden manejar múltiples procesos simultáneamente, haciéndolos más eficientes.

La mayoría de las CPU modernas tienen al menos dos procesadores en lo que se denomina CPU de doble núcleo. Las CPUs también pueden venir en configuraciones Quad-Core, Hexa-Core y Octo-Core. Un procesador de cuatro núcleos puede realizar tareas como la edición de vídeo casi el doble de rápido que un chip de doble núcleo.

Es cierto que los múltiples núcleos le darán a su portátil un aumento de velocidad. Pero eso es sólo si el programa que ejecuta está optimizado para aprovechar la potencia extra.

TIPOS DE CPU

La potencia de la CPU determina la velocidad a la que pueden funcionar los programas de software. Más núcleos significa que una CPU puede hacer más trabajo. Una CPU con DUAL, TRIPLE o CUATRO núcleos marcará una diferencia significativa en la potencia de procesamiento del portátil que elija. El mejor es el de la familia de CPUs Core i5 de Intel.
El CPU de un solo núcleo

Estos son los tipos más antiguos de CPU. Como sólo pueden iniciar una solicitud a la vez, no son muy buenas para la multitarea. Si a menudo ejecutas más de una solicitud a la vez, notarás una fuerte disminución en el rendimiento. La velocidad del reloj afecta en gran medida al rendimiento de estos tipos de CPU (hablaremos más sobre la velocidad del reloj dentro de un momento).
La CPU de doble núcleo

Esta CPU tiene dos núcleos que le dan el rendimiento de dos CPU. Las CPU de doble núcleo pueden manejar la multitarea de forma mucho más eficiente que las CPU de un solo núcleo: Si llama a más de una aplicación, puede iniciarlas al mismo tiempo en lugar de cambiar de un lado a otro entre diferentes flujos de datos. Pero para poder aprovechar esta tecnología, el sistema operativo y el programa que se ejecuta en él deben tener un código especial escrito en ellos llamado SMT (tecnología multi-hilo simultánea).
El CPU Quad Core

Estas CPU refinan la tecnología de doble núcleo. Los reemplazan añadiendo dos núcleos más para un total de cuatro al diseño de la CPU. Las CPU de cuatro núcleos permiten una multitarea aún mayor. Pero al igual que los núcleos duales, a menos que el programa que la CPU está ejecutando tenga el código SMT escrito en él, no sentirá la diferencia. Y no significa que una sola solicitud se cumpla más rápido. Más bien, tu portátil se sentirá más receptivo cuando inicies más de una solicitud a la vez.

VELOCIDAD DE RELOJ

Érase una vez, la frecuencia (Velocidad del reloj o ritmo del reloj) era la métrica de rendimiento más importante de la CPU. La velocidad del reloj mide la velocidad de funcionamiento de una CPU e indica cuántas operaciones puede realizar en un segundo (ciclo de la CPU).

La velocidad del reloj solía medirse en hercios (Hz). Pero debido a las mejoras en la velocidad dadas por los núcleos adicionales de una CPU, ahora se mide en gigahercios (GHz).

Las velocidades de reloj son útiles para comparar las CPU de la misma familia. Digamos que estás comparando dos portátiles con un CPU Kaby Lake i5 de doble núcleo. Uno tiene una velocidad de reloj de 2,2GHz y el otro tiene una frecuencia base de 2,5GHz. El último funcionará más rápido cuando ambos estén funcionando a su máxima frecuencia turbo.

LA VELOCIDAD DEL RELOJ DETERMINA EL PODER DE LA CPU

Pero no necesariamente la potencia de procesamiento del portátil. ¿Qué significa esto?

Una CPU con una velocidad de 2GHz puede procesar 2 mil millones de instrucciones por segundo. Pero, doblar esto a 4GHz no necesariamente doblará la velocidad de procesamiento de la laptop.

A menos que el portátil tenga dos CPUs trabajando en paralelo. Entonces será capaz de manejar el doble de instrucciones por segundo, mejorando drásticamente el rendimiento del sistema.

Hay otros componentes que determinan la rapidez con la que la CPU de un portátil ejecuta tareas además de la velocidad del reloj. Añade el hyper threading a la mezcla y la CPU puede realizar aún más tareas a la vez para un portátil MUCHO más rápido.

HYPER-THREADING

Un «hilo» (como una palabra cuando hablamos de caché) es un flujo de datos.

Recuerde que un procesador individual sólo puede ejecutar una instrucción a la vez. Por lo tanto, si estás ejecutando múltiples programas. Cada hilo en el procesador debe ser programado y ejecutado por el núcleo de forma individual. Esto provoca el retraso que se nota cuando se está realizando una multitarea con más de un programa abierto.

Hyper-Threading es una tecnología que ayuda a cada núcleo del procesador a programar y asignar recursos a dos hilos de datos a la vez. Así, un CPU de doble núcleo puede «virtualizar» dos núcleos más, haciendo que actúe como si tuviera cuatro núcleos de procesamiento.

Sólo en caso de que se te haya pasado por alto: Virtualizar es cuando un CPU con sólo dos núcleos funciona como si tuviera cuatro. Del mismo modo, en la virtualización, una CPU de cuatro núcleos procesará los datos como si tuviera ocho procesadores.

Para profundizar en esta explicación, veamos los chips Core i de Intel por un momento. De menos a más potentes: están los Core i3, i5 y i7. Los CPUs Core i3 son chips de doble núcleo. El Core i5 puede ser un chip de doble o cuádruple núcleo, y el Core i7 es un chip de cuádruple núcleo.

Lo que distingue a los CPUs Core i5 de Intel de los Core i3 e i7 es que no soportan Hyper-Threading.

Nota: Algunas aplicaciones y software están optimizadas para aprovechar estas tecnologías en lo que se llama multihilo. Pero, los núcleos físicos funcionan mucho mejor que los núcleos virtuales.

TURBO BOOSTING

Turbo Boost es una característica que distingue a los chips i5 e i7 de los Core i3. Esta tecnología permite al procesador aumentar la velocidad del reloj por encima de su velocidad base siempre que sea necesario. Los procesadores de Intel que terminan en «K» pueden ser overclockeados, lo que significa que esta velocidad de reloj adicional está disponible todo el tiempo.

DIFERENTES FUNCIONES DE UNA CPU

Como dijimos desde el principio, una CPU es como una calculadora muy eficiente. Cada operación que haces en el portátil tiene que pasar por este componente vital. En el proceso de decodificación de datos, la CPU realiza cuatro pasos básicos:

  • Buscar. Las peticiones se almacenan en la memoria, cada una de las cuales tiene su propia dirección. En este paso, el procesador toma la dirección del contador del programa que es responsable de la petición que la CPU debe ejecutar a continuación.
  • Decodificar. En este paso, los programas a ejecutar se procesan en código ensamblador que luego se decodifican en instrucciones binarias.
  • Ejecutar. Aquí, una de tres cosas sucede: 1) La CPU realiza cálculos con la ALU. 2) La CPU mueve los datos de un lugar de memoria a otro. 3) O la CPU salta a diferentes direcciones.
  • Almacenar. En este último paso, la CPU da una respuesta después de ejecutar una solicitud y la salida se escribe en la memoria.

PODER DE DISEÑO TÉRMICO

TDP es otro término técnico que seguramente encontrarás en la CPU de un portátil. A diferencia de las CPU de escritorio, las CPU de los portátiles necesitan encontrar un equilibrio entre el rendimiento y el consumo de energía.

El TDP mide la máxima potencia en vatios que consumirá una CPU. En última instancia, determina la eficiencia energética del portátil. Y es una métrica importante para determinar cuán fresco será el portátil cuando se use.

UNA BREVE HISTORIA EN EL MUNDO DE LAS CPU

El 4004 fue el primer CPU del mundo. Desarrollada y lanzada por Intel en 1971, tenía 2300 transistores y realizaba 60.000 operaciones por segundo.

Para comparar, las CPU Pentium de Intel, que no son muy poderosas para los estándares de hoy, tienen 3.300.000 transistores. Y realiza alrededor de 188.000.000 de instrucciones por segundo.

Las CPU han experimentado mejoras dramáticas en sus capacidades desde el chip 4004. Ahora se pueden encontrar en portátiles, tabletas, teléfonos y televisores.

Pueden manejar otras funciones como el Wi-Fi. Y muchos portátiles comparten un chip con la electrónica de gráficos en lo que se llama un conjunto de chips, que es un grupo de microchips ubicados en la placa madre.

Estos chips móviles y multipropósito son conocidos como SoCs (system-on-a-chip). Están optimizados para la eficiencia y el bajo consumo de energía, lo que permite que la batería del dispositivo dure horas sin cargarse.

Intel y AMD son los principales fabricantes de CPU. Aunque ambos fabrican CPUs de diferentes potencias bajo un léxico de nombres de modelos. Casi todos los portátiles tienen un CPU de Intel.

Las nuevas CPU están construidas sobre una arquitectura «compatible con las versiones anteriores». Pueden entender los componentes que vinieron antes de su lanzamiento. El concepto fue introducido por Intel en 1978 con el procesador 8086.

LA PERSPECTIVA DE LA CPU

Entre otros factores que contribuyen, el rendimiento de la CPU se está volviendo menos crítico para el rendimiento general de un portátil.

Por lo tanto, es mejor que el portátil que elija tenga menos ciclos de reloj pero pueda hacer más trabajo en lugar de más ciclos de reloj con menos trabajo. Esto no sólo producirá menos calor sino que mejorará la duración de la batería.

Si quiere que el portátil haga más trabajo simultáneamente, necesitará una CPU con más núcleos. Las modernas CPU no sólo se fabrican con más núcleos, sino que también están dotadas de una caché más robusta.

Lo que significa que las CPU modernas pueden hacer más por ciclo de reloj. Este hecho hace que la velocidad del reloj siga siendo una especificación importante a tener en cuenta a la hora de calificar las CPU porque es lo que permite que una CPU de doble núcleo supere a una CPU de cuatro núcleos.

Por ultimo

La gran ventaja aquí es que todos los avances tecnológicos que hemos visto en las CPU son impulsados por nuestro deseo de un dispositivo de computación más rápido. Conseguir el tipo correcto de CPU es importante para lo que esperas que tu portátil maneje. Para actividades como la multitarea, tener más núcleos es como tener dos, tres o cuatro CPUs trabajando simultáneamente.

Aunque la CPU no sea el factor general de la velocidad y la funcionalidad del portátil, las elecciones que haga afectarán a esos otros factores durante los próximos años. Esperamos que esta guía le permita comprender mejor las diferentes partes de la CPU y su función para que pueda elegir la mejor para su nuevo portátil.

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