¿Qué es una CPU y qué hace?
Si solo pudiera elegir uno, la parte más importante de su computadora es la unidad central de procesamiento (CPU). Es el centro principal (o «cerebro») que procesa las instrucciones de los programas, el sistema operativo u otros componentes de su PC.
1 y 0
Gracias a CPU más potentes, hemos pasado de apenas poder mostrar imágenes en las pantallas de las computadoras a Netflix, chat de video, transmisión y videojuegos cada vez más realistas.
Las CPU son maravillas de la ingeniería, pero en esencia aún se basan en el concepto básico de interpretar señales binarias (1 y 0). La diferencia ahora es que, en lugar de tubos de vacío para leer tarjetas perforadas o procesar instrucciones, las CPU modernas usan pequeños transistores para crear un video TikTok o completar números en una hoja de cálculo.
Conocimientos básicos de CPU
La fabricación de CPU es complicada. El punto importante es que cada CPU tiene una pieza o piezas de silicio que contienen miles de millones de pequeños transistores.
Como mencionamos anteriormente, estos transistores usan una serie de señales eléctricas (corriente «encendida» y corriente «apagada») para representar el código binario de la máquina, que consta de unos y ceros. Debido a la gran cantidad de estos transistores, las CPU pueden manejar tareas cada vez más complejas más rápido que nunca.
El recuento de transistores no significa necesariamente una CPU más rápida. Sin embargo, esta sigue siendo la razón fundamental por la que el teléfono que llevas en el bolsillo tiene mucho más poder de cómputo que todo el planeta en ese momento. nuestro primer viaje a la luna.
Antes de profundizar en la escalera conceptual de una CPU, hablemos de cómo una CPU ejecuta instrucciones basadas en código de máquina (llamado «conjunto de instrucciones»). Las CPU de diferentes empresas pueden tener diferentes conjuntos de instrucciones, pero no siempre.
Por ejemplo, la mayoría de las PC con Windows y los procesadores Mac actuales usan conjunto de instrucciones x86-64, Ya sean CPU Intel o AMD. Sin embargo, las Mac que se lancen a fines de 2020 tendrán CPU basadas en ARM, que usan un conjunto de instrucciones diferente. También hay una pequeña cantidad de PC con Windows 10 que utilizan procesadores ARM.
Núcleos, caché y gráficos
Ahora, echemos un vistazo al silicio en sí. La imagen de arriba es de un libro blanco de Intel sobre la arquitectura de CPU de la compañía publicado en 2014 Núcleo i7-4770S. Este es solo un ejemplo de cómo se vería un procesador: otros procesadores tienen diseños diferentes.
Podemos ver que se trata de un procesador de cuatro núcleos.Érase una vez, las CPU tenían un solo núcleo. Ahora que tenemos varios núcleos, procesan las instrucciones mucho más rápido. Los núcleos también pueden tener una característica llamada hiperprocesamiento, o subprocesos múltiples simultáneos (SMT), que hace que un núcleo parezca dos núcleos en una PC. Como puede imaginar, esto ayuda a acelerar aún más los tiempos de procesamiento.
Los núcleos de este diagrama comparten algo llamado caché L3. Esta es una forma de memoria integrada dentro de la CPU. Cada núcleo de la CPU también contiene cachés L1 y L2 y se registra como una forma de memoria de bajo nivel. Si desea conocer la diferencia entre registros, caché y RAM del sistema, consulte Esta respuesta en StackExchange.
La CPU que se muestra arriba también contiene agentes del sistema, controladores de memoria y otras partes del silicio que administran la información hacia y desde la CPU.
Finalmente, están los gráficos integrados del procesador, que generan todos los elementos visuales excelentes que ves en la pantalla. No todas las CPU incluyen sus propias capacidades gráficas. Por ejemplo, una CPU de escritorio AMD Zen requiere una tarjeta gráfica discreta para mostrar cualquier cosa en la pantalla. Algunas CPU de escritorio Intel Core tampoco incluyen gráficos integrados.
CPU en la placa base
Ahora que entendemos lo que sucede dentro de la CPU, veamos cómo se integra con el resto de la PC. La CPU se encuentra en lo que se llama un zócalo en la placa base de su PC.
Una vez que está en su zócalo, el resto de la computadora puede conectarse a la CPU a través de algo llamado «bus». Por ejemplo, la RAM está conectada a la CPU a través de su propio bus, mientras que muchos componentes de PC usan un tipo específico de bus llamado «PCIe».
Cada CPU tiene un conjunto de «carriles PCIe» que puede usar. Por ejemplo, la CPU Zen 2 de AMD tiene 24 carriles conectados directamente a la CPU. Estos carriles luego son asignados por el fabricante de la placa base en la dirección de AMD.
Por ejemplo, normalmente se usan 16 carriles para ranuras para tarjetas gráficas x16. Luego, hay cuatro canales de almacenamiento, como un dispositivo de almacenamiento rápido como un SSD M.2. Alternativamente, los cuatro carriles también se pueden separar. Se pueden usar dos canales para SSD M.2 y dos canales para unidades SATA más lentas, como discos duros o SSD de 2,5 pulgadas.
Son 20 carriles, y los otros 4 carriles están reservados para el conjunto de chips, que es el centro de comunicación y controlador de tráfico de la placa base. El conjunto de chips tiene su propio conjunto de conexiones de bus, lo que permite agregar más componentes a la PC. Como era de esperar, los componentes de mayor rendimiento tienen una conexión más directa con la CPU.
Como puede ver, la CPU realiza la mayor parte del procesamiento de instrucciones y, a veces, incluso los gráficos funcionan (si se construyó para ello). Sin embargo, la CPU no es la única forma de procesar instrucciones. Otros componentes, como las tarjetas gráficas, tienen su propia potencia de procesamiento integrada. La GPU también usa su poder de procesamiento para trabajar junto con la CPU para ejecutar juegos o realizar otras tareas con uso intensivo de gráficos.
La gran diferencia es que los procesadores de componentes se construyen con una tarea específica en mente. Sin embargo, una CPU es un dispositivo de uso general capaz de realizar cualquier tarea informática que se le solicite. Es por eso que la CPU reina supremamente en su PC, y el resto del sistema depende de ella para funcionar.