sábado, diciembre 16, 2017
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¿Qué es y cómo funciona una CPU?

Todos hemos escuchado alguna vez las siglas CPU (unidad central de procesamiento) pero ¿qué es y cómo funciona una CPU? Son preguntas que no nos hacemos a menudo y, por lo tanto, si tienes la curiosidad de entender un poco mejor tu computadora, te lo vamos a explicar detalladamente.

Vamos a empezar por un concepto que a veces pasa desapercibido; lo primero que debes saber es que una CPU es el contenido de un continente mayor: hardware. Éste, básicamente es toda parte física o tangible de un sistema informático. Muchas veces nos equivocamos porque existe otro continente llamado software que al parecerse en el nombre puede llevar a la confusión; pero en realidad es el soporte lógico de un sistema informático, es decir, editores de texto, sistemas operativos, videojuegos, bases de datos, etc.

Los componentes básicos de un ordenador son: caja, fuente de alimentación, placa base, microprocesador o CPU, memoria, disco duro, tarjeta gráfica, DVD, ventiladores y/o disipadores. Después se pueden añadir monitores, teclados, ratones, impresoras, etc. Pero son para un uso específico y una computadora puede funcionar perfectamente sin estos últimos periféricos.

También hay personas que no entienden las diferencias entre CPU y GPU (unidad de procesamiento gráfico) pero tienes que entender que son conceptos diferentes. En general, una CPU y una GPU son lo mismo: circuitos integrados con un montón de transistores que realizan cálculos matemáticos leyendo números en binario; es decir, unos y ceros.

La diferencia es que la CPU es un procesador de propósito general, con el que podemos hacer cualquier tipo de cálculo, mientras que la GPU es un procesador de propósito específico: está optimizada para trabajar con grandes cantidades de datos y realizar las mismas operaciones, una y otra vez.

¿Qué es una CPU?
La CPU o “Unidad Central de Procesamiento” es la parte del ordenador que dirige como un director de orquesta, ya que es la que cumple la tarea de procesar todas las funciones; incluyendo el almacenamiento de la información. Sin ella no se podría “leer” nada. Esta unidad comprueba el sistema operativo, las instrucciones de otros componentes y todas las aplicaciones. Recibe constantemente las señales del usuario y las acciones de los programas.

Aunque la lectura no es su única función, ya que también se encarga de generar información de “salida” que se puede ver en la pantalla o que almacenan las aplicaciones. La CPU se puede considerar el cerebro de un dispositivo. Muchas veces es llamado: procesador, procesador de ordenador o microprocesador. Suelen ser muy pequeños, con conectores y “pines” metálicos: clavijas que se utilizan para transferir electricidad e información sin la necesidad de soldar.

Puede colocarse en una ranura de la placa base: la placa principal o placa madre en la que se conectan los componentes que constituyen el ordenador. Aunque también se puede insertar en una unidad llamada “CPU Socket”: es un tipo de zócalo electrónico instalado en la placa base, que permite conectar el microprocesador sin soldarlo. De esta manera, se puede sacar sin problema para repararlo o cambiarlo por otro si así se desea.

Para profundizar un poco más, normalmente una CPU se puede dividir en tres partes:
Memoria principal: dispositivo electrónico en el que se almacena el programa que determinará la actuación y los datos que serán manejados por la CPU.

Unidad de control: coordina y controla las operaciones que se hagan con los datos. Lee los datos necesarios de la memoria y activa los circuitos necesarios de la ALU.

Unidad lógico-aritmética (ALU): realiza las operaciones aritméticas y lógicas con los datos que recibe de la unidad de control; procedentes de la memoria principal.

Pero también se pueden añadir otras como una unidad de coma flotante, así que no existe un único estilo de CPU ahora mismo en el mercado. Todo depende del objetivo principal para el que se va utilizar dicho hardware. No se puede decir que es la parte más importante dentro de un ordenador, ya que para que este funcione se necesitan muchos más componentes como hemos visto al principio.

También es importante tener en cuenta que un ordenador puede tener más de una CPU y a esto se le llama multiprocesamiento. Básicamente es el uso de 2 o más CPU en un mismo ordenador y ahora algunos llegan a tener más de 12 por ponerte un ejemplo. Puede que alguna vez hayas escuchado el término: procesador de doble núcleo. En estos días lo más normal es tener al menos dos procesadores o dos núcleos de procesamiento.

En inglés se denomina dual-core (doble núcleo) y uno con cuatro quad-core (cuatro núcleos); cada core procesa diferentes informaciones al mismo tiempo. En los dispositivos se suelen combinar, es decir, imagina que vas a comprar un ordenador con dos CPU quad-core. Eso significaría que vas a comprar uno con ocho procesadores.

Como normalmente implica un mejor y más rápido desempeño del ordenador, los usurarios suelen pensar que uno con 8 núcleos es mejor que uno con 4, pero las estadísticas en algunas ocasiones nos han revelado que una doble combinación “quad-core” puede ser mejor que uno de 8, por eso es importante comprobar las especificaciones antes de comprar.

Si pensamos en smartphones, la GPU Adreno 540 es claramente la dominadora en el mercado móvil. Aunque Samsung o Xiaomi ya están construyendo sus propios procesadores.

Un mito de la tecnología es pensar que cuántos más núcleos en el procesador, va a mejorar más la velocidad; y no tiene que ser así. Se debe tener en cuenta varios factores porque si el software no está bien optimizado de nada sirve tener 8 núcleos, por ejemplo.

Vamos a proponer dos ejemplos simplificados para que se entienda mejor. Por un lado tenemos a Equipo A que consta de 2 trabajadores fuertes y bien instruidos (procesador de dos núcleos con 2.8Ghz) y por otro lado está el Equipo B que tiene a 4 trabajadores menos preparados (procesador de 4 núcleos con 2Ghz):

Primer ejemplo: el objetivo es construir un edificio y si utilizamos el Equipo B para realizar: la masilla, llevar los ladrillos, colocar los ladrillos y repasar que todo quede bien; vamos a realizar el trabajo mucho más rápido que si utilizamos el equipo A que no puede realizar las 4 tareas a la vez.

Segundo ejemplo: si ahora nos ponemos a cargar los ladrillos con una sola carretilla; va a ser mucho mejor el equipo A porque son más fuertes y están mejor preparados. En este caso el Equipo B solamente va a tener a una persona cargando con la carretilla mientras los otros 3 se quedan mirando.

Por lo tanto, dependiendo de cuál es el objetivo para el que vas a utilizar una CPU, debes utilizar una de menos núcleos con mejor frecuencia que una con muchos núcleos y baja frecuencia. Debes tener en cuenta las tareas multiprocesos en los programas que vas a utilizar.

Los precios cambian así que también es importante tener presente que algunos procesadores modifican su optimización dependiendo de lo que se está realizando en el dispositivo en ese momento. Como puedes ver, no importa el precio para estar en una de las primeras posiciones entre los Benchmarks. Aunque algunas compañías deciden hacer trampas en ellos, no es lo frecuente.

¿Cómo funciona?
Con base en la operación de programas previamente diseñados y establecidos, los cuales son organizados por números en serie y pueden representar cuatro pasos básicos:

-Leer la información: juntar información o instrucciones sobre una operación.

-Decodificar la información: dividir esa información en partes entendibles y significativas para la CPU.

-Ejecutar la información: el momento más importante ya que en él se lleva a cabo la instrucción y se ponen a trabajar varias partes juntas de la CPU.

-Mandar la información de vuelta: para dejar establecidos los resultados de la tarea realizada.

Estas fases no necesariamente están siempre separadas, sino que por norma general se solapan, y siempre ocurren de forma simultánea. También es importante añadir que no necesariamente para una función en específico, ya que pueden estar trabajando varias funciones a la vez.

Una vez que la CPU realiza estas cuatro funciones básicas, tiene que seguir la siguiente instrucción y repetir todos los pasos de nuevo hasta que se cierra un programa. Los procesadores utilizan el sistema de numeración decimal, representando casi todos ellos los números de forma binaria, es decir mediante la utilización de las cifras: 1 y 0.

Historia
Se considera que fue la década del 60 el momento en el cual se empezó a hablar de la CPU como lo entendemos a día de hoy, pero en esos primeros momentos esta unidad electrónica era de gran tamaño e incluso podía ser una parte separada de la computadora.

Como sucede con todos los elementos tecnológicos, la CPU fue perfeccionándose con el tiempo, mejorando su confiabilidad, su seguridad y su eficacia. Tenemos que tomar en cuenta que hoy en día normalmente es un microprocesador de un solo chip que es reducido en tamaño y adaptable a cualquier tipo o tamaño de dispositivo.

Es evidente que la tecnología cada vez evoluciona más y no sería muy extraño pensar que dentro de pocos años, exista otro hardware que deje como obsoletas a las CPU actuales del mercado, pero puede que no sea así. En la actualidad están en casi todos los objetos que usamos en nuestro día a día; como: televisores, smartphones, iRobot, automóviles, equipos de sonido, etc.

En cualquier caso, por su flexibilidad y relativa facilidad de producción, posiblemente los próximos años, las CPU seguirán siendo las piezas centrales de una computadora moderna. Aunque hay que tener en cuenta que con el paso de los años han estado evolucionado tecnologías en paralelo y hoy más que nunca las GPU han comenzado a ganar mucha importancia.

Fuente: Computer Hoy / Fernando Coelho

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