Todo sobre los Microprocesadores

¿Qué es un microprocesador?

El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador.

Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.

Puede contener una o más unidades centrales de procesamiento (CPU) constituidas, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante (conocida antiguamente como «coprocesador matemático»).

El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeraciónque consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el disipador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor. Existen otros métodos más eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de células peltier para refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan casi exclusivamente para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas de overclocking.

La medición del rendimiento de un microprocesador es una tarea compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con diferente efectividad por procesadores de la misma gama. Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos de la misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran variedad de diseños con los cuales se comercializan los procesadores de una misma marca y referencia. Un sistema informático de alto rendimiento puede estar equipado con varios microprocesadores trabajando en paralelo, y un microprocesador puede, a su vez, estar constituido por varios núcleos físicos o lógicos. Un núcleo físico se refiere a una porción interna del microprocesador casi-independiente que realiza todas las actividades de una CPU solitaria, un núcleo lógico es la simulación de un núcleo físico a fin de repartir de manera más eficiente el procesamiento. Existe una tendencia de integrar el mayor número de elementos dentro del propio procesador, aumentando así la eficiencia energética y la miniaturización. Entre los elementos integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses y procesadores dedicados de vídeo.

El procesador de alto desempeño comúnmente utilizado en la actualidad es el chip Pentium de Intel. En un chip de silicio de aproximadamente una pulgada cuadrada (un cuadrado de aproximadamente 2,5cm de lado), el Pentium encierra 3,1 millones de transistores o diminutas llaves electrónicas. Todas las operaciones del Pentium se realizan por señales que conectan o desconectan diferentes combinaciones de estas llaves. En las computadoras, los transistores se usan para representar “0” y “1”, los dos números que pertenecen al sistema de numeración binaria. Estos 0 y 1 se conocen comúnmente como bits. Varios grupos de estos transistores forman los subcomponentes del Pentium. La mayoría de los componentes del Pentium están proyectados para mover rápidamente datos dentro y fuera del chip y asegurar que las partes del Pentium no queden inactivas porque aguardan másdatos o instrucciones. Estos componentes reciben el flujo de datos y de instrucciones para el procesador, interpretan las instrucciones de manera que el procesador pueda ejecutarlas y devuelven los resultados a la memoria de la PC.

1)- Una parte del Pentium, llamada unidad de interface con el bus o barra (BIU), recibe los datos y los códigos de instrucciones de memoria de acceso aleatorio (RAM) de la computadora. El procesador está conectado a la RAM a través de los circuitos de la placa madre de la PC, conocidos como bus, palabra de origen inglés. Los datos se trasladan hacia el procesador a 64 bits por vez.

2)- La unidad que actúa de interfase con el bus envía datos y códigos por dos vías separadas que reciben, cada una, 64 bits por vez. Una vía conduce la unidad de almacenamiento de 8k, o cache, usados para los datos. La otra vía conduce una cache idéntica, usada exclusivamente para el código que indica al procesador lo que hará con los datos. Los códigos y datos permanecen en las dos caches hasta que el procesador los precise.

3)- Mientras el código aguarda en su cache, otra parte de la CPU, llamada unidad de previsión de desvío inspecciona las instrucciones y determina cuál de las dos unidades lógico-aritméticas (ULA) los tratará más eficazmente. Esta inspección garantiza que una de las ULA no quede esperando mientras la otra termina de ejecutar una instrucción.

4)- El almacenamiento temporario de pre-busca de instrucciones recupera el código identificado por la unidad de presión y la unidad de decodificación traduce el código de programa como instrucciones que la ULA entenderá.

5)- Si es preciso procesar números de punto fluctuante -números con fracciones decimales, como 23,7- pasarán a un procesador interno especializado, llamado unidad de punto fluctuante.

6)- En el interior de la unidad de ejecución, dos unidades lógico-aritméticas procesan exclusivamente todos los datos de enteros. Cada ULA recibe instrucciones de hasta 32 bits cada vez de la unidad de decodificación. Cada ULA procesa sus propias instrucciones y usa simultáneamente datos levantados del cache de datos, desde

una especie de borrador electrónico llamado de registros.

7)- Las dos unidades lógico-aritméticas y la unidad de punto fluctuante envían los resultados de su procesamiento para el cache de datos. El cache de datos envía los resultados hacia la unidad de interfase con el bus que, a su vez, envía los resultados a la RAM.