CPU, el cerebro.

El microprocesador, o simplemente el micro, es el cerebro del ordenador. Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles (o millones) de elementos llamados transistores, cuya combinación permite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip.

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Los micros, como los llamaremos en adelante, suelen tener forma de cuadrado o rectángulo (de color gris, negro, incluso verde o marrón), y van o bien sobre un elemento llamado zócalo (socket en inglés) o soldados en la placa o, en el caso del Pentium II, metidos dentro de una especie de cartucho que se conecta a la placa base (aunque el chip en sí está soldado en el interior de dicho cartucho).

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A veces al micro se le denomina CPU (Central Process Unit, Unidad Central de Proceso), aunque este término tiene cierta ambigüedad, pues también puede referirse a toda la caja que contiene la placa base, el micro, las tarjetas y el resto de la circuitería principal del ordenador.

La velocidad de un micro se mide en megahercios (MHz), aunque esto es sólo una medida de la fuerza bruta del micro; un micro simple y anticuado a 100 MHz puede ser mucho más lento que uno más complejo y moderno (con más transistores, mejor organizado…) que vaya a “sólo” 50 MHz.

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En general, podemos distinguir entre dos tipos de arquitecturas: CISC y RISC.  Básicamente, la diferencia más notoria entre ambas radica en el repertorio de instrucciones que utiliza el microprocesador.

En la arquitectura CISC (Complex Instruction Set Computer, ordenador de complejo repertorio de instrucciones), la mayor parte de las instrucciones poseen un elevado grado de complejidad. A modo de ejemplo, podemos citar la instrucción de división entera IDIV de los microprocesadores Intel, que puede llegar a necesitar hasta 44 ciclos de reloj para su ejecución.

Otra característica de la arquitectura CISC es que la ejecución de una sola instrucción puede suponer varios accesos a memoria (en busca de operandos, o para escribir el resultado), lo que resulta bastante poco eficiente, ya que en el tiempo de un acceso a memoria, el procesador podría realizar muchas operaciones.

La gran ventaja de esta arquitectura es que se simplifica enormemente la labor del programador a bajo nivel y de los compiladores (puesto que para realizar la traducción de lenguajes de alto nivel disponen de instrucciones bastante potentes) y permite mayor compatibilidad con cualquier tipo de aplicación. El precio a pagar es una más que evidente complicación del diseño de la unidad de control, que deberá gestionar microprogramas de un mayor orden de complejidad, y la ejecución será más lenta.

Por otra parte, la arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer, ordenador de reducido repertorio de instrucciones) es mucho más avanzada que la arquitectura CISC en términos de eficiencia.  Aquí, lo que prima es obtener el mayor rendimiento posible.  El objetivo básico es lograr que se ejecute al menos una instrucción por ciclo de reloj.

En los programas predomina el uso de instrucciones sencillas.  Es por esto que en la arquitectura RISC sólo hay instrucciones muy simples (se simplifica bastante la unidad de control, con lo que la ejecución es muy rápida). Prácticamente todas las instrucciones RISC tienen el mismo tiempo de ejecución.

Partes de un Microprocesador

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Externamente observamos:

  • El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en sí, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo por oxidación con el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplarán a su zócalo o a la placa base.
  • IHS (Integrated Heat Spreader): Intel-Core-i7-5960X-5930K-5820K-Haswell-E-17Actualmente los procesadores incluyen un difusor de calor integrado, muy parecido a un disipador, pero debemos diferenciarlo ya que el disipador disipa calor por si solo por su tamaño y materiales, mientras que este difusor solo difunde el calor del núcleo por toda su superficie para transmitir el calor desde una mayor zona de la superficie en en lugar de hacerlo desde un solo punto central.
  • Pines o contactos: también conocidos como E/S (entrada/salida) o I/O en inglés. Son las patillas o contactos de conexión entre la cpu y el socket por dónde pasa la información y las diferentes señales de comunicación.

Internamente, en el núcleo podemos diferenciar zonas especializadas como:

  • La memoria caché: una memoria ultrarrápida que sirve al micro para tener a mano ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo el tiempo de espera. Es lo que se conoce como caché de primer nivel (L1), es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él. Todos los micros tipo Intel desde el 486 tienen esta memoria, también llamada caché interna.
  • el coprocesador matemático: o, más correctamente, la FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante). Parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos; también puede estar en el exterior del micro, en otro chip.
  • el resto del micro: el cual tiene varias partes (unidad de enteros, registros, ALU,  etc.) que no merece la pena detallar.
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