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CPU, Unidad Central de Procesamiento. Guía completa



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En la presente guía encontrará todas las respuestas a sus preguntas más comunes sobre las CPU, Unidad Central de Procesamiento, su utilidad en la computación, y en los centros de datos

Publicado el 1 sept 2023

Lucía Bonilla

Directora Data Center Market y Redes&Telecom



CPU Unidad central de procesamiento
CPU Unidad central de procesamiento

La CPU (Central Processing Unit, por sus siglas en inglés), o Unidad Central de Procesamiento es uno de los componentes fundamentales de una computadora y desempeña un papel crítico en la ejecución de tareas y procesos. La CPU realiza operaciones aritméticas, lógicas y de otro tipo para transformar los datos brutos de entrada en información de salida más utilizable para la persona o empresa que los necesita.

¿Qué es la CPU y qué significa?

La CPU es el cerebro de una computadora, y su función principal es ejecutar instrucciones y realizar operaciones de procesamiento de datos. Es la unidad central de procesamiento que controla y coordina todas las operaciones de hardware y software en una computadora.

Breve historia de la CPU

La historia de la CPU se remonta a los primeros dispositivos mecánicos de cálculo, como la máquina analítica de Charles Babbage en el siglo XIX. Sin embargo, la Unidad Central de Procesamiento moderna se desarrolló en la década de 1940 con la invención de las primeras computadoras electrónicas, como la ENIAC. Desde entonces, ha habido una evolución constante en términos de rendimiento, tamaño y eficiencia. Así, la invención del transistor en 1947 revolucionó la industria informática. Los transistores sustituyeron a los tubos, haciendo que los ordenadores fueran más pequeños, más rápidos y más fiables.

El microprocesador, un chip único que contiene una Unidad Central de Procesamiento, fue inventado en 1971 por Intel. Esta innovación permitió crear ordenadores compactos y baratos que podían ser utilizados por particulares y empresas.

En las décadas de 1980 y 1990 se produjeron avances significativos en la tecnología de procesadores, como la introducción de la CPU de 32 bits, el desarrollo de la arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computing) y el uso generalizado de procesadores multinúcleo. Hoy en día, los procesadores son más rápidos y potentes que nunca, lo que permite la creación de sofisticados dispositivos informáticos e impulsa la innovación en campos como la inteligencia artificial, la realidad virtual y el Internet de las Cosas.

¿Cómo es una CPU?

Físicamente, una CPU consta de un conjunto de circuitos electrónicos en un chip. Estos chips están diseñados para realizar operaciones aritméticas y lógicas, gestionar la memoria y controlar otros componentes de la computadora. Una Unidad Central de Procesamiento es un diminuto trozo de metal formado por millones de transistores y cables. Este chip también conecta todos los componentes del ordenador con minúsculos hilos de alambre.

La CPU es el cerebro de una computadora, y su función principal es ejecutar instrucciones y realizar operaciones de procesamiento de datos.

Importancia de la CPU

En todos los dispositivos electrónicos hay una CPU. De hecho, todo lo que se puede considerar un ordenador (es decir, una máquina que recibe datos de entrada, los procesa y devuelve datos de salida) contiene una CPU. Esto incluye tu ordenador de sobremesa, tu portátil, tu smart TV, tu smartphone y tu tablet, y, por supuesto hay Unidades Centrales de Procesamiento mucho más complejas en los centros de datos. La CPU es esencial en una computadora porque procesa y ejecuta todas las instrucciones y operaciones necesarias para que el sistema funcione correctamente. Determina en gran medida la velocidad y el rendimiento de una computadora.

¿Cómo funciona la CPU de la computadora?

Su funcionamiento se define como un proceso de tres pasos. En primer lugar, se obtiene una instrucción de la memoria. En segundo lugar, se descodifica la instrucción y el procesador averigua qué se le pide que haga. En tercer lugar, se ejecuta la instrucción y se realiza una operación. Estos tres pasos se repiten en un ciclo que comienza de nuevo cuando se obtiene la siguiente instrucción.

La CPU utiliza un contador para saber cuál es la siguiente instrucción que debe ejecutar. El contador es la dirección de la posición de memoria que contiene la siguiente instrucción a ejecutar. Se almacena en un registro, que es una ubicación de memoria dedicada. El contador de programa se incrementa para apuntar a la siguiente instrucción después de cada búsqueda en el ciclo de instrucción.

Microprocesadores

Un microprocesador es una parte importante de la arquitectura de un ordenador, sin la cual no se puede hacer nada. Se trata de un dispositivo programable que recibe datos, realiza operaciones aritméticas y lógicas y genera los resultados deseados. En palabras sencillas, un microprocesador es un dispositivo digital en un chip que puede obtener instrucciones de la memoria, descodificarlas, ejecutarlas y dar resultados.

¿Qué es la CPU y la GPU?

La CPU y la GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico) son dos tipos de procesadores en una computadora. La CPU se encarga de tareas generales de procesamiento, mientras que la GPU se especializa en procesar gráficos y acelerar operaciones relacionadas con la visualización. Mientras que las CPU han sido y siguen siendo las dueñas de la computación tradicional, las GPU han superado a las CPU como el hardware preferido para casos de uso y cargas de trabajo muy exigentes, como la minería, los juegos y el aprendizaje automático o machine learning.

Mientras que las Unidades Centrales de Procesamiento tienen unos pocos núcleos potentes para operaciones secuenciales rápidas, la arquitectura de la GPU contiene miles de núcleos más pequeños y de menor consumo para cargas de trabajo paralelas.

La unidad central de procesamiento que controla y coordina todas las operaciones de hardware y software en una computadora.

Arquitectura y diseño de una CPU

Consta de tres componentes principales: la memoria, la unidad de control y la ALU (unidad aritmética y lógica). La arquitectura moderna de las CPU se implementa en circuitos integrados, con uno o dos chips semiconductores de óxido metálico. Los microprocesadores con varias CPU se denominan procesadores multinúcleo. Un circuito integrado que contiene una CPU puede a veces poseer interfaces periféricas y otros componentes de los ordenadores. Estos circuitos integrados suelen denominarse microcontroladores o SoC (systems on a chip).

Tipos de CPU

Existen, al menos, siete tipos diferentes de CPU. Veamos algunos.

1. Single-core CPU o de un solo núcleo

Es el tipo más antiguo disponible y empleado en la mayoría de los ordenadores personales y oficiales. La CPU mononúcleo sólo puede ejecutar un comando a la vez, lo que resulta ineficiente para las operaciones multitarea.

2. CPU de doble núcleo

Consta de dos núcleos potentes y funciona como una CPU dual que actúa como una sola. A diferencia de las CPU con un solo núcleo, los procesadores con doble núcleo deben alternar entre una serie variable de flujos de datos. Cuando se ejecutan más hilos, la CPU de doble núcleo consigue efectivamente realizar varias tareas a la vez.

3. CPU de cuatro núcleos

Es un modelo refinado de las características y el diseño de las CPU multinúcleo, con cuatro núcleos en una sola CPU. Al igual que una CPU de doble núcleo, que divide la carga de trabajo entre los núcleos, la de cuatro núcleos permite una multitarea eficaz. No significa que una operación sea cuatro veces más rápida que otras.

4. Procesadores de núcleo hexagonal

Es otro procesador de múltiples núcleos con seis núcleos y puede ejecutar la tarea, que funciona más rápidamente que los procesadores de cuatro núcleos y de doble núcleo.

5. Procesadores octa-core

Los procesadores octa-core comprenden un conjunto dual de procesadores quad-core que divide las actividades entre los distintos tipos. Los procesadores octanúcleo suelen desarrollarse con ocho núcleos independientes para ejecutar una tarea práctica más eficiente y actuar con mayor rapidez que los procesadores de cuatro núcleos. Los fabricantes suelen utilizar conjuntos de núcleos de potencia mínima para realizar tareas avanzadas.

6. Procesador con 10 núcleos

Los fabricantes despliegan diez sistemas independientes en los procesadores deca-core para ejecutar y gestionar tareas, lo que los hace más eficientes que otros procesadores desarrollados hasta ahora. Un PC o dispositivo equipado con un procesador deca-core es la mejor opción. Es más rápido que otros procesadores y muy eficaz en la multitarea.

7. Procesadores mainstream de CPU

Los procesadores “mainstream”, denominados procesadores de gama media, gestionan tareas de alto rendimiento como la edición de vídeo, los juegos 3D y otras aplicaciones orientadas a multimedia.

Pasos de una CPU: leer, decodificar, ejecutar y escribir

El proceso de ejecución de instrucciones de la CPU se divide en cuatro pasos:

Leer: La CPU obtiene la próxima instrucción de la memoria.

Decodificar: Interpreta la instrucción y determina qué operación realizar.

Ejecutar: Realiza la operación requerida.

Escribir: Guarda los resultados en la memoria o en un registro interno.

Rango de enteros y frecuencia de reloj

El rango de enteros se refiere a la capacidad para manejar números enteros dentro de ciertos límites.

Por su parte, la frecuencia de reloj indica la velocidad a la que la CPU ejecuta instrucciones, medida en hercios (Hz) o gigahercios (GHz). La velocidad de reloj de una CPU representa cuántos ciclos por segundo puede ejecutar. La velocidad de reloj también se conoce como velocidad de reloj, frecuencia de PC y frecuencia de CPU.

Qué son las CPU virtuales

Una vCPU o CPU virtual significa Unidad Central de Procesamiento virtual por sus siglas en inglés y representa la unidad central de procesamiento utilizada en máquinas virtuales y entornos de nube. Cada vCPU del sistema operativo de una máquina virtual representa un núcleo de CPU físico.

Las empresas utilizan cada vez más las máquinas virtuales para ahorrar tiempo y espacio en los bastidores y reducir los costes de gestión. Las VM permiten a los usuarios ejecutar varios sistemas operativos en una única máquina física, mientras que las vCPU garantizan el rendimiento necesario.

CPU de integración a pequeña escala y a gran escala

La integración a pequeña escala (SSI) es el proceso de integrar o incorporar menos de 10 transistores en un solo chip de silicio. La tecnología SSI se ha utilizado en dispositivos electrónicos simples como relojes digitales y calculadoras.

La integración a media escala (MSI) es el proceso de integrar o incrustar entre 10 y 100 transistores en un solo chip de silicio. La tecnología MSI se utilizó en dispositivos electrónicos más complejos, como sistemas de control de tráfico aéreo y equipos de telecomunicaciones.

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