1. ¿Qué es el microprocesador?

Qué es la CPU (microprocesador)

CPU son las siglas de Central Processing Unit, lo que traducido significa Unidad Central de Procesamiento. Se trata de uno de los componentes vitales que te vas a encontrar en tu ordenador, tu smartphone o tu tableta o portátil, e incluso en relojes y prácticamente cualquier dispositivo electrónico. Sin él, simplemente no podrían funcionar.

A la CPU se la suele llamar coloquialmente como microprocesador o simplemente procesador, y puedes considerarla como el cerebro de cualquier dispositivo. Se encarga de procesar todas las instrucciones del dispositivo, leyendo las órdenes y requisitos del sistema operativo, así como las instrucciones de cada uno de los componentes y las aplicaciones.

Así pues, igual que el cerebro, la CPU es la que se encarga de que todo funcione correctamente, y de interpretar todo lo que quiere hacer el sistema operativo o los componentes, estableciendo las conexiones y realizando todos los cálculos precisos para que funcione. Cuanto más potente sea el procesador, más rápido podrá hacer las operaciones y más rápido funcionará tu dispositivo en general.

Es también el encargado de leer, interpretar y procesar las instrucciones primero del sistema operativo, y después de los programas o aplicaciones que tienes instalados en el ordenador. Cuando abres Word o tu navegador, este tiene que cargarse, y para ello necesitar realizar una serie de pasos cuyas instrucciones le manda al procesador. Cada acción que hagas luego dentro, también enviará instrucciones para poder ejecutarse y realizarse.

Tu ordenador o portátil, tendrán una CPU dedicada para realizar todas las operaciones y procesos que requiera el sistema. Mientras, los celulares tienen el denominado SoC o System on Chip, que es un chip que contiene tanto la CPU como otros componentes, como chips gráficos integrados. Con ello, los SoC suelen poder hacer más que las funciones de las CPU estándar.

2. ¿Cómo es el Microprocesador?

Cómo es la CPU

La CPU suele ser pequeña, con forma cuadrada, y tiene conectores y pines metálicos. Por lo general, suele estar instalada en la placa base de un ordenador, en un zócalo especial que puede estar en diferentes sitios dependiendo de la placa base. El procesador no va soldado a la placa, por lo que puedes cambiar la CPU de un ordenador por otra si quieres.

La CPU tiene un mínimo de un procesador o núcleo en su interior, un chip para realizar los cálculos y operaciones. Al principio todos tenían sólo uno, pero con el tiempo las CPU han ido aumentando el número de estos núcleos, y hay diferentes maneras de llamarles dependiendo de este número.

Por ejemplo, si alguna vez has escuchado que un procesador es Dual-Core o de doble núcleo, es porque tiene dos de estos chips en su interior. Luego evolucionaron a cuatro, los Quad-Core, y se han ido aumentando con seis, ocho o incluso 12 núcleos o más. Todos ellos se identifican por ese nombre que incluye la palabra Core, pero antes se le pone una referencia al número de núcleos.

Que la CPU tenga varios procesadores o núcleos suele implicar que es capaz de realizar más operaciones a la vez, por lo que su funcionamiento puede ser más rápido y mejor. Sin embargo, esto no siempre quiere decir que cuantos más núcleo haya más rápido será todo, ya que esto es algo que también depende de cómo sean cada uno de los núcleos.

Por ejemplo algunos procesadores de Intel y AMD, los dos principales fabricantes, tienen tecnologías que les permiten ejecutar dos hilos de ejecución en un único núcleo, que son las secuencias de instrucciones pertenecientes al sistema operativo o aplicación. Los hilos de ejecución, o threads en inglés, son las secuencias de instrucciones pertenecientes al sistema operativo o una aplicación.

¿Y esto qué quiere decir? Pues que en los procesadores que tengan esta tecnología, cada núcleo físico puede actuar como si fuera dos núcleos virtuales, ya que cada uno puede trabajar con dos hilos o secuencias de instrucciones diferentes.

Y luego está la frecuencia del procesador, que se marca en gigahercios. La frecuencia, también llamada el reloj, es la que marca el ritmo con el que trabaja el procesador. Un hercio es una acción que se repite una vez por segundo, y así subiendo, hasta el Gigahercio, que son 1.000.000.000 de acciones por segundo.

El ritmo de trabajo de un procesador viene marcado por la capacidad de realizar cuantas más acciones por segundo mejor, ya que cada operación de una aplicación puede requerir varios ciclos de reloj o acciones.

En definitiva, ya no sólo importa el número de procesadores, sino cómo trabaja cada uno. Cuantos más GHz tenga un procesador más rápido será. Esto, simplificándolo al máximo, significa que si tienes un procesador de cuatro núcleos a 1 GHz, este será más lento que un procesador de dos núcleos a 2,5 GHz.

3. ¿Para que sirve?

Para qué sirve la CPU

La CPU de tu ordenador es la que ejecuta una secuencia de instrucciones y procesa los datos de las mismas. Estas secuencias de instrucciones son las que realizan los programas que tienes instalados en el ordenador. Son los encargados de realizar las operaciones que necesitan los programas o aplicaciones para realizar las tareas que les pides que hagan.

Le dices a tu aplicación fotográfica que aplique un cálculo. Esta aplicación le da al ordenador las instrucciones con los cálculos o acciones que necesita realizar para llevar a cabo la tarea. Las instrucciones se ponen en la RAM, donde son recogidas por la CPU, que es la que las lleva a cabo.

Para ello se siguen varios pasos diferentes. El primero es el de leer los datos e instrucciones para realizar cada una de las tareas de las aplicaciones. Los datos se decodifican y se dividen para que puedan ser entendidos por las diferentes partes de la CPU, las cuales ejecutan las acciones, realizan los cálculos, y escriben los resultados en la memoria principal, ya sea como resultado o para utilizarlos después en otras operaciones.

Pero esta es una simplificación extrema, ya que estas funciones básicas del procesador se realizan por cada instrucción, y cada programa puede requerir de varias instrucciones para realizar una acción. Además, estas no se realizan en orden y una detrás de otra, sino que el procesador puede estar trabajando con muchas funciones a la vez para los diferentes programas activos.

Tienes que entender que todo en tu ordenador está representado por números, por lo que la CPU es la encargada de recopilar y calcular las operaciones de estos números. Con estas operaciones se realiza exactamente todo lo que haces en tu ordenador, desde abrir el menú de inicio de Windows hasta ver un vídeo en YouTube, todo requiere una serie de instrucciones y cálculos para poder realizarse.

En los ordenadores modernos, la CPU no es la que lo realiza todo, ya que suelen interferir otros componentes especializados, como por ejemplo puede ser la tarjeta de video para todo lo relacionado con lo que ves en pantalla. También entra en juego la memoria RAM para almacenar datos de rápido acceso, y el resto de componentes que hay dentro de tu ordenador.

En este enjambre de dispositivos y componentes, la CPU es el cerebro o el director de orquesta, pues es quien lo organiza todo para que las tareas se hagan donde toca y de la manera que deben realizarse para obtener los resultados deseados.

La CPU no es más imprescindible que otros componentes básicos de un ordenador, ya que este no funcionará sin fuente de alimentación u otros componentes. Tampoco es el todo del que depende la ejecución de tareas, ya que para todo lo relacionado con la producción de vídeos o la visualización de videojuegos, también son necesarios tener una buena tarjeta gráfica o GPU y una buena memoria RAM.

Pero de la velocidad y potencia de la CPU sí que puede depender lo rápido que vaya un ordenador, y tener una buena o mala CPU afectará al rendimiento de tu equipo.

4. Hyper-Threading

Cómo funcionan los hilos o threads de un procesador (CPU)

Antes elegir un procesador era tan fácil como ver a qué velocidad iba para saber qué tan potente y capaz era. Sin embargo, ahora con el avance de la tecnología, los CPU de computadoras de escritorio y dispositivos móviles integran velocidades de reloj, núcleos e hilos. Ya vimos fundamentalmente qué es un núcleo y cómo trabaja, pero ahora toca ver cómo los threads funcionan en estos componentes.

Un hilo dentro de un procesador es la forma en que cada uno de los núcleos del CPU recibirá y procesará la información. Cada núcleo puede solamente realizar una tarea a la vez y en a pesar de que un procesador, por poner un ejemplo, de ocho núcleos tenga 16 hilos, este comportamiento sigue siendo el mismo. Los threads no alteran el comportamiento de la máquina, pues hasta el momento siguen sin construirse de otra manera.

Sin embargo, los hilos juegan un papel fundamental en la forma en que esta misma información es procesada. Esta tecnología está implementada en todos los CPU de sobremesa actuales. En Intel lleva el nombre de Hyper-Threading, y en AMD el de Simultaneous MultiThreading (SMT), que no es otra cosa que la implementación de un hilo virtual extra sobre cada uno de los hilos que alimentan a sus núcleos individuales dentro de estos componentes.

Ahora, la forma en que se comportan estos es sencillamente alimentando de instrucciones al CPU de manera cíclica en cada una de sus vueltas de reloj. Cada procesador tendrá que ir resolviendo las instrucciones que son recibidas a través de estos canales y, finalmente, serán resueltas bajo la prioridad que se le asigna mediante programación.

Puedes entender los hilos como la forma en que comes. En un procesador sin multithreading, es como si comieras con una sola mano. No puedes comer más de una sola cosa al mismo tiempo porque no tienes más de una boca; pero si involucras tu otra mano, entonces podrás comer más rápido debido a que estás en posibilidad de repartir el trabajo de abastecimiento con dos manos en vez de una. Las velocidades de reloj, así como el número de cores en los CPU modernos, son suficientes para procesar instrucciones muy velozmente, por ello muchas veces los hilos pueden ser una restricción al performance que pueden entregar a pesar de tener velocidades de reloj altísimas.

Los hilos virtuales son ayudas de software que permiten que los hilos puedan mover información de manera mucho más eficiente hacia cada uno de los núcleos, donde serán administradas de manera cíclica y escalonada, pero con una velocidad mucho más óptima según sus capacidades de frecuencia le permitan. Es por eso que, en el caso de Intel, su trabajo en single core es mucho más relevante que en multi core, porque su trabajo de alimentación, respecto a la unidad central, está más limitado que el de AMD, que se ha concentrado en aprovechar su densidad de transistores (actualmente en 7nm) para también facilitar la cantidad de instrucciones que puede enviar a través de sus hilos, sin tener que elevar tanto la velocidad de su reloj ni su consumo de voltaje, como en la nueva serie Ryzen 5000.

El añadir más núcleos a un CPU es la forma más sencilla de resolver siempre la brecha de rendimiento, pero esto también implica costos mucho más altos. Evidentemente, también de ahí nace la necesidad de separar los CPU por gamas, en las que los más caros, como el Ryzen 9 y el Core i9, son los que más núcleos tienen, y los más baratos, como el Core i3 y el Ryzen 3, los que menos.

Sin embargo, la brecha puede cerrarse un poco con la añadidura de los threads virtuales. Así, aunque no cuenten con un número mayor de núcleos, serán capaces de acercarse un poco al rendimiento en tareas que no sean tan demandantes, que serán generalmente las que realice un usuario promedio. También permiten a los desarrolladores hacer que su software sea capaz de reproducirse en más sistemas a pesar de concentrar una carga más pesada en trabajo multi núcleo.