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Procesador, ¿Qué es, cómo funciona y cuál comprar?

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Actualizado 23 de Junio de 2014. El procesador, también conocido como CPU o micro, es el cerebro del PC. Sus funciones principales incluyen, la ejecución de las aplicaciones y la coordinación de los diferentes dispositivos que componen un equipo. No puede existir por tanto una máquina rápida que no tenga en su interior un micro potente.

Físicamente, no es más que una pequeña pastilla de silicio. Se coloca sobre la placa base en un conector que se denomina socket, aunque en un laptop o portátil lo normal es encontrarlo soldado. La placa base se convierte así en la encargada de permitir la conexión con los restantes dispositivos del equipo, como son la memoria RAM, la tarjeta gráfica o el disco duro usando para ello un conjunto de circuitos y chips denominado chipset.

El encapsulado define como el micro se conecta a la placa base. Existen tres modelos, PGA, LGA y BGA. El último caso esta soldado a la placa y por lo tanto te será imposible cambiarlo para actualizarlo. Es muy usado en los laptops, como te comente anteriormente, ya que disminuye el tamaño total del equipo.

El procesador es uno de los elementos del PC que más ha evolucionado a lo largo del tiempo. Gracias a las mejoras en la tecnología de fabricación se ha reducido el tamaño de los transistores que se encuentran en su interior permitiendo integrar un mayor número de ellos. Estos elementos no son más que pequeños ladrillos que unidos configuran la funcionalidad del micro. Como se realiza esta interconexión es lo que se denomina arquitectura.

Gracias a estas mejoras, sobre todo en cuanto a área ocupada, se pueden incluir más bloques funcionales en su interior. En un principio fue el controlador de memoria, después la tarjeta gráfica y en un futuro muy cercano, pasaremos del concepto de procesador a lo que se denomina SOC, es decir, un chip con todos los elementos de la placa base en su interior.

¿Qué componentes tiene un procesador?

Ten en cuenta que no todos son iguales pero la mayoría de ellos incluyen entre otros elementos:

Núcleos. Un núcleo no es más que un procesador en miniatura. Al tener varios, dentro del mismo procesador, podrás trabajar con más de una aplicación al mismo tiempo y puedes acelerar ciertos tipos de aplicaciones y evitar bloqueos.

Cache. El sistema de memoria es muy importante y se divide en varios elementos. La memoria cache, es el más cercano al micro ya que se encuentra en su interior. Se usa para mejorar la velocidad de los accesos a la memoria RAM. Si un dato se encuentra en la cache no tendrá que buscarlo en toda la RAM y por lo tanto el procesado final es mucho más rápido.

La cache se encuentra, a su vez, organizada en varios niveles cada uno más lento y grande que el anterior. Será tarea del micro dejar los datos que más se usen lo más cerca posible del micro.

No olvides que la memoria RAM almacena tanto los datos como las instrucciones de tus programas y utilidades.

Controlador de memoria. Este fue uno de los primeros elementos que se quiso integrar en el micro. Se hizo porque al incorporar el controlador de memoria en el interior del procesador y quitarlo de la placa base se consigue aumentar la velocidad de la memoria RAM. Esto tiene un inconveniente y es que sólo puedes usar el tipo de memoria para la que tu procesador este preparado.

Antiguamente la memoria dependía de la placa base y no era raro que esta estuviera preparada para poder funcionar con varios tipos de memoria RAM.

Tarjeta gráfica. Si integran este componente ya no hablamos de CPUs sino de APUs. Ya no estaríamos ante un micro convencional si no ante un hibrido entre procesador y tarjeta gráfica. En la actualidad y parece que en desarrollos futuros vamos a tener siempre este tipo de dispositivos.

La inclusión de este elemento es fundamental ya que las tarjetas gráficas están compuestas de pequeños núcleos en su interior que pueden usarse para acelerar cierto tipo de aplicaciones. Al pasar al interior del micro pueden hacer su trabajo de una forma mucho más eficiente.

Otros elementos. Los micros han incorporado aún mas funcionalidad que antes se encontraba sobre la placa base. Por ejemplo, el controlador de PCI Express, aumentando la velocidad con la que el micro es capaz de comunicarse, por ejemplo, con una tarjeta gráfica discreta.

Más información sobre estos elementos en partes del procesador.

¿Cómo funciona un procesador?

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

Todo el sistema está gobernado por un reloj que se encarga de sincronizar los diferentes bloques funcionales. La velocidad a la que este cambia de estado se denomina frecuencia de funcionamiento y está relacionada con la capacidad de cómputo del sistema.

Se lee una instrucción de memoria. El conjunto de instrucciones de cualquier procesador actual incluye más de mil diferentes y va creciendo con el tiempo. Se añaden para mejorar la velocidad de procesamiento de ciertas aplicaciones.

Se buscan los datos necesarios. Algunas instrucciones necesitaran de datos, los cuales normalmente estarán en la memoria RAM, para poder llevar a cabo su trabajo. Siempre habrá que esperar a tenerlos todos antes de llevar a cabo los cálculos. Es muy importante que el flujo de datos y de instrucciones sea lo más rápido posible para que no se produzcan bloqueos.

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 como la unidad aritmética lógica o la de punto flotante.

Se pasa a la siguiente instrucción. Que no es siempre la que se encuentra a continuación en la memoria. Muchas instrucciones pueden cambiar el flujo del programa y permitir saltos o repetir ciertas acciones hasta que se cumpla una determinada condición.

Una de las técnicas más usadas para aumentar la velocidad incluye la realización de instrucciones fuera de orden intentando optimizar el uso de los bloques funcionales. En estos procesadores se ejecutan las operaciones cuando estan sus datos y no en el orden en que fueron escritas. Esto por supuesto lleva a una arquitectura más compleja que debe de controlar que los resultados sean los mismos que se producirían aunque se realizaran una tras otra.

Toda la arquitectura se diseña por tanto con la intención de tener los bloques funcionales continuamente trabajando. Otro de los elementos que suelen tener, para conseguir su objetivo, es el predictor de saltos. Este elemento trata de acertar si en una determinada operación se va a producir una bifurcación en el código o no. De esta forma puede ejecutar las instrucciones de una determinada rama incluso antes de saber si se va a producir un salto a ella.

Todas estas técnicas lo que tratan es de mejorar el IPC es decir la capacidad del procesador de ejecutar más instrucciones en la misma cantidad de tiempo.

¿Qué debo de tener en cuenta a la hora de la compra de un procesador?

Serán tus necesidades las que al final decidan que procesador debes comprar. No es lo mismo comprar un PC para estudiar, que para jugar por ponerte dos ejemplos.

Como características técnicas lo que diferencia a un micro de otro son su frecuencia de funcionamiento, su cantidad de memoria cache y su número de núcleos, aparte de otro tipo de tecnologías:

Hyperthreading. Gracias a Hyperthread, que es una tecnología de Intel es posible simular que tienes dos núcleos virtuales sobre uno físico. Es interesante para ciertas aplicaciones como las que tratan con gráficos y videos.

CMT. CMT es una tecnología de AMD que permite al unir dos núcleos y compartir recursos que estos ocupen menos área.

Turbo Boost y Turbo Core. Turbo Boost y Turbo Core son dos tecnologías, la primera de Intel y la segunda de AMD acelerar los procesadores cuando es necesario.

Puedes encontrar más información sobre cual procesador te conviene en el enlace.

¿Situaciones actuales de procesadores para PCs?

Para entender mejor los procesadores actuales vamos a revisar las últimas arquitecturas de Intel y AMD para sus procesadores para PCs de escritorio:

Sandy Bridge. Sandy Bridge fue desarrollado por Intel en 2011 es lo que Intel denomina en su desarrollo “tick\tock” como un tock o lo que es lo mismo una mejora de la arquitectura. Es el último diseño del fabricante donde se primaba la potencia por encima del consumo.

Ivy Bridge. Ivy Bridge fue desarrollado por Intel en 2012 y es un tick, es decir una mejora en el proceso de fabricación que permite incluir más elementos en la misma área. El fabricante aprovecha para añadir más funcionalidad a su grafica integrada.

Haswell. Haswell fue desarrollado por Intel en 2013 y es un nuevo desarrollo de la arquitectura o sea un tock en este caso pensado en optimizar el consumo en los dispositivos móviles.

Llano. Llano fue desarrollado por AMD en 2011. Se mejora el proceso de fabricación respecto a la anterior generación.

Trinity. Trinity fue desarrollado por AMD en 2012. Mejora la arquitectura del anterior.

Kaveri. Kaveri fue desarrollado por AMD en 2013. Debido a que AMD está muy retrasado respecto a Intel en estos micros no solo mejora el proceso de fabricación sino también la arquitectura. Su mayor mejora es conseguir que la tarjeta gráfica integrada acceda a la memoria de manera directa.

Normalmente los micros de AMD son menos potentes en las aplicaciones que usan un solo hilo que son casi todas pero a cambio suelen tener una tarjeta grafica integrada más potente.

Si quieres información sobre micros concretos que estos fabricantes han sacado este año puedes consultar:

Procesadores AMD 2014

Procesadores Intel 2014

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