El procesador

Definición

El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador.

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.

Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo de coma flotante.

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 refrigeración que 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 ventilador 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 cuasi-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.

¿Qué partes internas tiene un procesador?

El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital, es decir, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. 

El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la CPU de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador se puede diferenciar diversas partes:

Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base. 

Memoria caché: es una memoria ultrarrápida que emplea el procesador para tener alcance directo a ciertos datos que «predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada caché interna de primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Core i3,Core i5 ,core i7,etc) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o L3. 

Coprocesador matemático: unidad de coma flotante. Es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte esta considerada como una parte «lógica» junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos. 

Registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros esta diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que la CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros. 

Memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede desde allí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso. 

Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es análogo a una línea de teléfono. Cualquier parte de los circuitos de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un «número de puerto» que el procesador utiliza como si fuera un número de teléfono para llamar circuitos o a partes especiales.

¿Cómo funciona de forma interna un procesador?

El funcionamiento de un procesador se puede dividir en las siguientes etapas:

Se lee una instrucción de memoria. Para que te puedas hacer una idea de la complejidad de un procesador actual su conjunto de instrucciones esta compuesto por más de mil diferentes y va creciendo con el tiempo.

Se buscan los datos necesarios. No todas las instrucciones son iguales algunas necesitaran de datos para poder llevar a cabo su trabajo. Se leen de memoria o se buscan donde estén. Es muy importante que el flujo de datos y de instrucciones sea lo más rápido posible.

Se realiza la operación. Una vez que se tiene todo se ejecuta la operación, para esto puede ser necesario el trabajo de varios bloques dentro del propio procesador.

Se pasa a la siguiente instrucción. Que no es siempre la que se encuentra a continuación en la memoria. Algunas pueden ir a otras partes del programa o repetir ciertas instrucciones hasta que se cumpla una condición. Por ejemplo, esperar hasta que se pulse una tecla.

 

Historia

Hasta los primeros años de la década de 1970 los diferentes componentes electrónicos que formaban un procesador no podían ser un único circuito integrado, era necesario utilizar dos o tres "chips" para hacer una CPU (ALU, control Unit y el Register Bank). 

En 1971 la compañía Intel consiguió por primera vez poner todos los transistores que constituían un procesador sobre un único circuito integrado, el"4004 "', nacía el microprocesador.

Lista ordenada cronológicamente de la historia de los procesadores.

• 1971: El Intel 4004
• 1972: El Intel 8008
• 1974: El SC/MP
• 1974: El Intel 8080
• 1975: Motorola 6800
• 1976: El Z80
• 1978: Los Intel 8086 y 8088
• 1982: El Intel 80286
• 1985: El Intel 80386
• 1985: El VAX 78032
• 1989: El Intel 80486
• 1991: El AMD AMx86
• 1993: PowerPC 601
• 1993: El Intel Pentium
• 1994: EL PowerPC 620
• 1995: EL Intel Pentium Pro
• 1996: El AMD K5
• 1996: Los AMD K6 y AMD K6-2
• 1997: El Intel Pentium II
• 1998: El Intel Pentium II Xeon
• 1999: El Intel Celeron
• 1999: El AMD Athlon K7 (Classic y Thunderbird)
• 1999: El Intel Pentium III
• 1999: El Intel Pentium III Xeon
• 2000: EL Intel Pentium 4
• 2001: El AMD Athlon XP
• 2004: El Intel Pentium 4 (Prescott)
• 2004: El AMD Athlon 64
• 2006: EL Intel Core Duo
• 2007: El AMD Phenom
• 2008: El Intel Core Nehalem
• 2008: Los AMD Phenom II y Athlon II
• 2011: El Intel Core Sandy Bridge
• 2011: El AMD Fusion
• 2012: El Intel Core Ivy Bridge

A continuación os dejo un vídeo muy interesante con las imágenes de todos los microprocesadores a lo largo de nuestra historia.

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Fuentes

1.- Apuntes propios

2.- Configuraequipos-Tipos microprocesadores

3.- computadorasabout-Procesadores
4.- Mikroe-Mundo microcontroladores
5.- Wikipedia-Microprocesador
6.- Kioskea-Procesador