Que es y cómo funciona la cpu
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Que es y cómo funciona la CPU

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Que es y cómo funciona la CPU

Todos los equipos modernos, desde los auriculares inalámbricos hasta las estaciones de trabajo más sofisticadas, funcionan con un procesador. Todo el mundo sabe que el procesador es el cerebro del dispositivo, que recibe órdenes del usuario, realiza cálculos y ofrece resultados.

Pero sólo unos pocos comprenden su funcionamiento interno. En este artículo trataremos de llenar este vacío de conocimiento de una manera fácil de entender.

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Transistores y codificación de la información

Probablemente, sabe que los primeros ordenadores ocupaban habitaciones enteras e incluso edificios independientes. Hicieron cálculos utilizando relés electromecánicos y tubos de vacío. La revolución llegó en los años 60 con los primeros transistores de silicio. Más tarde se convirtieron en circuitos monolíticos integrados, el prototipo de los procesadores actuales.

En el corazón de cada transistor hay una estructura de silicio. Como el silicio es un material que tiene las propiedades de un semiconductor, puede conducir la corriente eléctrica o no, según las condiciones. La carga pasajera es uno, la ausencia de carga es cero. Con estos dos valores se construye el código binario con el que el ordenador se comunica con el usuario. Es incapaz de recibir cualquier otra información.

Tanto el 1 como el 0 son 1 bit de información, 8 bits componen un byte. Cualquier número del 0 al 255 puede codificarse con una combinación de 8 dígitos de unos y ceros. Estas combinaciones pueden utilizarse para asignar los códigos adecuados a cualquier concepto, valor o fenómeno.

Las horquillas lógicas (operadores) se inventaron para que el procesador entendiera al usuario. Todos los conocemos de la informática en la escuela: y/o, si/entonces/no. Estos comandos permiten al ordenador tomar decisiones en función de determinadas condiciones.

 

¿Cuál es el proceso tecnológico?

El rendimiento de un procesador dentro de una serie o familia está directamente relacionado con el número de transistores: cuantos más transistores, más combinaciones hay por unidad de tiempo y más cálculos realiza el dispositivo.

El primer procesador Intel 4004, lanzado en 1971, tenía 2.250 transistores. El Pentium 4 tenía 42 millones de transistores. Los modernos procesadores Epyc de AMD tienen 39.540 millones de transistores de silicio.

El concepto de tecnología de proceso está estrechamente relacionado con el tamaño de los transistores.

Cada fabricante dicta el proceso del procesador a su manera. Algunos dictan el tamaño de todo el transistor, otros el de una sola parte: la puerta. La tercera opción, que será la más correcta, es el tamaño de paso durante la fabricación - el tamaño mínimo del elemento, que puede ser operado por el diseñador al construir el circuito. También hay que tener en cuenta que los fabricantes especifican el elemento más pequeño, mientras que algunos elementos electrónicos de los que no se puede prescindir pueden ser decenas de veces más grandes.

 

Frecuencia del reloj

Este suele ser el factor decisivo a la hora de comprar un procesador.

Las cargas que pasan por los transistores son generadas por el reloj. El número de impulsos por unidad de tiempo determina la velocidad del procesador. Sin embargo, no todos los procesadores tienen uno. En algunas otras configuraciones, uno o más osciladores pueden estar presentes en una placa de circuito, y pueden estar opcionalmente incluidos en los microprocesadores.

Un elemento esencial en todo microprocesador es el resonador del reloj, que proporciona la respuesta correcta a la petición en caso de fallo, o falla, lo que informa al sistema de que el elemento está averiado.

En el corazón de cada oscilador hay un cristal de cuarzo. Genera un impulso con una frecuencia de aproximadamente 100 MHz. En estos momentos todavía se pueden ver con bastante frecuencia osciladores de 33 MHz, especialmente en controladores discretos como tarjetas de sonido, adaptadores sata/hba y expansores de interfaz usb/com. Para aumentar la frecuencia, las oscilaciones generadas por el cuarzo se hacen pasar por unidades especiales llamadas multiplicadores. Permiten aumentar las frecuencias en los picos de carga o disminuirlas cuando la carga se reduce o el ordenador está en reposo.

Por cierto, los multiplicadores son los mismos nodos que se encargan de aumentar dinámicamente la frecuencia bajo carga y de disminuirla en reposo. También pueden permitir el overclocking si no hay un bloqueo de overclocking en ellos. Lea más sobre este tema en nuestro artículo.

Los procesadores con multiplicador desbloqueado permiten al usuario aumentar la velocidad de reloj a voluntad. Las CPUs modernas pueden ser overclockeadas entre un 20% y un 30% o incluso más.

 

Arquitectura

La arquitectura de un procesador es una disposición de transistores. Los transistores se combinan en conjuntos, los núcleos. Cada núcleo de un procesador puede realizar diferentes tareas de forma independiente de los demás, y para ello se repite regularmente el siguiente ciclo de acciones:

  1. Recuperación de información.
  2. Descodificación.
  3. Ejecución de un cálculo.
  4. Fijación del resultado.
  5. Los cálculos se realizan según algoritmos e instrucciones especiales que se almacenan en la memoria temporal del procesador.

Para aumentar el rendimiento del procesador, los núcleos de los ordenadores modernos se dividen en 2 hilos. Cada hilo realiza un cálculo independiente para dotar al procesador de multitarea y reducir las colas de tareas.

 

Caché: ¿Por qué un procesador necesita su propia memoria?

Los discos duros, las unidades de estado sólido y la memoria RAM no son lo suficientemente rápidos para satisfacer todas las necesidades del procesador. Por ello, cada microchip tiene su propia memoria caché ultrarrápida que almacena los datos con los que trabaja el procesador en cada momento. La caché también almacena instrucciones para tareas específicas.

 

Un sistema en un chip

Los procesadores modernos de los teléfonos, las tabletas y los ordenadores portátiles hace tiempo que dejaron de ser centros informáticos individuales y específicos para cada tarea. Un procesador moderno es un sistema completo, que incluye los bloques reales para realizar las tareas -los núcleos-, así como un módulo para renderizar imágenes -el adaptador gráfico-. El papel de los núcleos está formado por unidades de ejecución, de las que hay muchas más que en la CPU, y que realizan millones de tareas en paralelo. Algunos sistemas también pueden contener opciones adicionales, como un centro de conectividad inalámbrica 5G o la tecnología de transferencia de datos Thunderbolt.

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Fuente: andpro.ru

 

 

 

 

 


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