Ahora vamos a hablar de la CPU, la Unidad Central de Procesamiento.
La CPU es el componente que ejecuta las instrucciones del programa alojado en la memoria del ordenador.
Los procesadores están fabricados en obleas de silicona, cada uno puede contener entre quinientos y mil procesadores.
En una CPU moderna, podemos encontrar más de 2.000 millones de transistores. Y este número está incrementando mientras el proceso de miniaturización logra producir componentes cada vez a escalas más pequeñas.
Esta evolución fue esbozada por Gordon Moore, cofundador de Intel, en 1965. Él predijo que el número de componentes en un circuito integrado se duplicaría cada 18 meses. Esto se conoce como la ley de Moore y hoy en día todavía es válida pero va a llegar un momento en que dejara de serlo. Algunos estudios sugieren que el fin de esta ley llegará en unos veinte años.
El procesador encontramos en nuestro propio ordenador está desarrollado con una tecnología de 14 nanometros. En una placa de 82 mm podemos tener cerca de 2 billones de transistores.
Cómo de grande son 14 nanometros? Bueno puedes ver la escala en la foto. El tamaño es diez veces mas pequeño que un virus, y unas 50 veces más grande que un átomo de silicona.
Un ordenador es capaz de hacer tareas muy complejas, pero su única CPU ejecuta instrucciones simples, es el software lo que hace el trabajo duro de la conversión de estas tareas complejas en estas sencillas instrucciones. Una CPU sólo es capaz de obtener los datos de la memoria, para realizar aritmética simple y operaciones lógicas (que son las comparaciones, tales como mayor que o igual a), para saltar a una parte diferente del programa en función de los resultados y para poner los datos de vuelta en la memoria, nada más y nada menos. También cuenta con mecanismos para interrumpir un programa después de recibir una señal externa (para ser capaces de atender a las peticiones de los dispositivos que necesitan ser atendidos de inmediato). Cómo funciona una CPU? La unidad de captación previa extrae la siguiente instrucción de la memoria y la unidad de decodificación decodifica para obtener la operación. Más tarde se obtiene los datos necesarios de la memoria y la coloca en la memoria interna de la CPU (que se llama los registros de la CPU). La unidad aritmética-lógica se encarga de realizar la operación con los datos almacenados en los registros y la obtención del resultado, que se devuelve después a la memoria principal a partir de los registros internos. Después de esto, la
siguiente instrucción se carga desde la memoria RAM. A veces, antes de cargar la nueva instrucción, un salto a otra ubicación de memoria se ejecuta en función de los resultados de la instrucción anterior. La unidad de control organiza el proceso completo sincronizado a un reloj central.
El rendimiento de la CPU depende de varios factores. Uno de los más relevantes y conocidas es la velocidad, que se mide en hercios (ciclos por segundo). Pero hertz no es una medida de la velocidad, sino una medida de la frecuencia del reloj intern. Por lo general, más herzts significan más velocidad de procesamiento, pero no es siempre así, porque hay otros mecanismos que también influyen en la velocidad de procesamiento. Las CPUs utilizadas en la actualidad las computadoras tienen frecuencias de reloj en el rango de 1 GHz ( gigaherzt es equivalente a un billón de EE.UU. hertzs ) El problema es que con frecuencias altas, la temperatura se eleva y la disipación de calor se hace más difícil la miniaturización por lo que se habrá dado cuenta de que hace varios años los incrementos en la velocidad de reloj del procesador de nuevos procesadores se atascasco. Ahora están mejorando su rendimiento utilizando otras técnicas como el límite de la disipación de calor, quedando cerca de lo que la tecnología puede conseguir hoy en día.
El reloj proporciona una señal con una frecuencia dada. Cada instrucción tiene un número específico de ciclos de reloj para ser ejecutado. Por ejemplo, supongamos que una instrucción necesita 3,5 ciclos de reloj a ser ejecutado como en la imagen. Si el equipo funciona a 1 Hz ( 1 ciclo por segundo ), la instrucción se necesita 3,5 segundos para completarse. Pero, si funciona en 2 hertzs ( 2 ciclos por segundo), completará la operación en tan sólo 1,75 segundos. La velocidad de una CPU moderna se mide en millones de operaciones por segundo. Es por eso que, dado el mismo procesador, más gigahertzs significa que es más rápido.
Otra característica importante es la longitud de la palabra. Básicamente, es el número de bits que la CPU puede recibir al acceder a la memoria. Puede imaginarlo como el número de carriles en una carretera. Cuando se aumenta el número de bits que pueden ser transferidos de forma simultánea, el rendimiento de la CPU mejora.
La última característica que afecta al rendimiento de la CPU es el número de núcleos del procesador. Un procesador con un núcleo puede ejecutar una instrucción a la vez.
Si podemos añadir otro núcleo, entonces se pueden ejecutar en paralelo dos programas diferentes, resultando el procesador el doble de rápido.
Las CPU de los ordenadores de sobremesa suelen tener 2,4,6 o incluso 8 núcleos.
Los núcleos pueden ser combinados con otra tecnología llamada hyper threading, que permite ejecutar dos hilos diferentes del mismo programa casi en paralelo. Por ejemplo, cada ficha de un navegador web o de cada avatar de un videojuego se ejecuta en un hilo independiente.
Como resultado, un solo procesador puede ejecutar 8 instrucciones en paralelo incrementando el rendimiento de la CPU
En el mercado de consumo hay dos principales fabricantes de procesadores, Intel y AMD. Sus productos son compatibles, por lo que pueden ejecutar el mismo conjunto de instrucciones en todos ellos. Los equipos de sobremesa Intel tiene modelos i3, i5 e i7, con algunos diseños específicos para los ordenadores portátiles y Tablets. El equivalente en AMD son los procesadores Athlon. Ambas marcas tienen CPU más potentes orientadas a las estaciones de trabajo y servidores : el Xeon y Opteron, que son respectivamente equivalentes.