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La parte más importante de su computadora, si tuviera que elegir solo una, sería la unidad central de procesamiento (CPU). Es el centro principal (o «cerebro») y procesa las instrucciones de los programas, el sistema operativo u otros componentes de su PC.
1 y 0
Gracias a procesadores más potentes, hemos pasado de apenas poder mostrar una imagen en la pantalla de una computadora a Netflix, video chat, streaming y videojuegos cada vez más realistas.
El procesador es una maravilla de la ingeniería, pero en esencia todavía se basa en el concepto básico de interpretar señales binarias (1 y 0). La diferencia ahora es que en lugar de leer tarjetas perforadas o procesar instrucciones con juegos de tubos de vacío, los procesadores modernos usan pequeños transistores para crear videos de TikTok o completar números en una hoja de cálculo.
Conceptos básicos del procesador
Inteligencia
La fabricación de CPU es complicada. El punto importante es que cada CPU tiene silicio (ya sea en una pieza o en varias) que alberga miles de millones de transistores microscópicos.
Como mencionamos anteriormente, estos transistores usan una serie de señales eléctricas (corriente «encendida» y corriente «parada») para representar el código binario de la máquina, compuesto por unos y ceros. Debido a que hay tantos de estos transistores, los procesadores puede realizar tareas cada vez más complejas a velocidades más altas que antes.
La cantidad de transistores no significa necesariamente que un procesador sea más rápido. Sin embargo, esta sigue siendo una razón fundamental por la que el teléfono que lleva en el bolsillo tiene mucha más potencia de cálculo que, quizás, todo el planeta cuando. primero fuimos a la luna.
Antes de avanzar más en la escalera del procesador conceptual, hablemos de cómo un procesador ejecuta instrucciones basadas en código de máquina, conocido como «conjunto de instrucciones». Los procesadores de diferentes empresas pueden tener diferentes conjuntos de instrucciones, pero no siempre.
La mayoría de los procesadores Mac y PC con Windows actuales, por ejemplo, conjunto de instrucciones x86-64, ya sea un procesador Intel o AMD. Sin embargo, las Mac que debuten a fines de 2020 tendrán procesadores basados en ARM, que utilizan un conjunto de instrucciones diferente. También hay una pequeña cantidad de PC con Windows 10 que utilizan procesadores ARM.
Corazones, cachés y gráficos
Inteligencia
Ahora echemos un vistazo al silicio en sí. El diagrama anterior es de un informe técnico de Intel de 2014 sobre la arquitectura de CPU de la empresa para el Core i7-4770S. Este es solo un ejemplo de cómo se ve un procesador: otros procesadores tienen diseños diferentes.
Podemos ver que este es un procesador de cuatro núcleos. Hubo un tiempo en que una CPU solo tenía un núcleo. Ahora que tenemos varios núcleos, procesan las instrucciones mucho más rápido. Los núcleos también pueden tener algo llamado Hyper-Threading o Multi-Threading simultáneo (SMT), lo que hace que un núcleo parezca dos para la PC. Esto, como puede imaginar, acelera aún más los tiempos de procesamiento.
Los núcleos de este diagrama comparten algo llamado caché L3. Esta es una forma de memoria incorporada dentro de la CPU. Los procesadores también tienen cachés L1 y L2 contenidos en cada núcleo, así como registros, que son una forma de memoria de bajo nivel. Si desea comprender las diferencias entre registros, cachés y RAM del sistema, consulte esta respuesta en StackExchange.
El procesador que se muestra arriba también contiene el agente del sistema, el controlador de memoria y otras partes de silicio que manejan la información que entra y sale del procesador.
Finalmente, están los gráficos del procesador integrado, que generan todas esas maravillosas imágenes que ves en tu pantalla. No todos los procesadores contienen sus propias capacidades gráficas. Los procesadores de escritorio AMD Zen, por ejemplo, requieren una tarjeta gráfica discreta para mostrar cualquier cosa en la pantalla. Algunos procesadores de escritorio Intel Core tampoco incluyen gráficos integrados.
La CPU en la placa base
Ahora que hemos echado un vistazo a lo que hay debajo del capó de un procesador, echemos un vistazo a cómo encaja con el resto de su PC. El procesador está ubicado en lo que se llama un zócalo en la placa base de su PC.
Una vez que está instalado en el zócalo, otras partes de la computadora pueden conectarse al procesador a través de lo que se denominan «buses». La RAM, por ejemplo, se conecta a la CPU a través de su propio bus, mientras que muchos componentes de PC utilizan un tipo específico de bus, llamado «PCIe».
Cada CPU tiene un conjunto de «carriles PCIe» que puede utilizar. Los procesadores Zen 2 de AMD, por ejemplo, tienen 24 canales que se conectan directamente al procesador. Estos carriles son luego desglosados por los fabricantes de placas base con el asesoramiento de AMD.
Por ejemplo, normalmente se utilizan 16 carriles para una ranura de tarjeta gráfica x16. Luego hay cuatro carriles para el almacenamiento, como un dispositivo de almacenamiento rápido, como M.2 SSD. Alternativamente, estos cuatro carriles también se pueden dividir. Se pueden usar dos carriles para SSD M.2 y dos para una unidad SATA más lenta, como un disco duro o SSD de 2,5 pulgadas.
Eso hace 20 carriles, los otros cuatro están reservados para el chipset, que es el centro de comunicación y el controlador de tráfico de la placa base. El chipset tiene su propio conjunto de conexiones de bus, lo que permite agregar aún más componentes a una PC. Como era de esperar, los componentes de mayor rendimiento tienen una conexión más directa con el procesador.
Como puede ver, el procesador hace la mayor parte del procesamiento de instrucciones y, a veces, incluso los gráficos funcionan (si está diseñado para eso). Sin embargo, el procesador no es la única forma de procesar instrucciones. Otros componentes, como la tarjeta gráfica, tienen sus propias capacidades de procesamiento integradas. La GPU también usa sus propias capacidades de procesamiento para trabajar con el procesador y ejecutar juegos o realizar otras tareas con uso intensivo de gráficos.
La gran diferencia es que los procesadores de componentes están diseñados para tareas específicas. Sin embargo, el procesador es un dispositivo de propósito general capaz de realizar cualquier tarea informática que se le requiera. Es por eso que el procesador reina supremo dentro de su PC, y el resto del sistema depende de él para funcionar.