Partes del Microprocesador

El microprocesador, también conocido como procesador, es el cerebro de la computadora, un circuito integrado complejo que se encarga de dar instrucciones programadas mediante operaciones aritméticas y lógicas a través del sistema operativo. Posee varias unidades centrales de procesamiento, las cuales están constituidas por registros, unidad de control, unidad lógica y unidad que funciona como coprocesador matemático.

Medir el rendimiento de los procesadores no es para nada fácil, ya que por ejemplo en microprocesadores de igual gama las cargas pueden tener diferente rendimiento en cuanto a la efectividad. La frecuencia de reloj de los procesadores indican la frecuencia con la cual la corriente eléctrica entra y sale por los transistores. Esta magnitud física se mide por Hz (Hertz) y determina los ciclos eléctricos por segundo dentro de un transistor.

Partes del microprocesador

Los microprocesadores tienen una arquitectura bastante compleja en la que se pueden diferenciar las siguientes partes:

Encapsulado

Es lo que cubre a la parte sensible de silicio, otorgándole consistencia y cumpliendo la función de impedir el deterioro, así como también permitir que los conectores externos se acoplen al zócalo del mother.

Memoria caché

Se trata de la memoria de acceso rápido que usa el procesador para acceder de manera directa a algunos datos, sin la necesidad de que la memoria RAM intervenga, de esta manera logra ganar tiempo en cuanto al procesamiento de datos.

Coprocesador matemático

Esta parte está considerada como una de las partes lógicas, ya que está especializada en cálculos matemáticos.

Registros

Son pequeñas memorias internas disponibles para que el procesador use cuando le sea necesario solamente en casos especiales.

Memoria

Aquí es donde el procesador accede para obtener información y datos de los programas que va a ejecutar. La memoria le da un alojamiento temporal a los datos mientras se esta trabajando en los programas. De no salvar la información se perderá, ya que nada queda guardado en esta memoria.

Puertos

El procesador debe transferir datos y resultados a muchas partes de la computadora, esto lo hace a través de los puertos, cuya función es la de comunicar los circuitos con el microprocesador.

Disipador

La conexión del micro se hace directamente al zócalo de la placa madre que ya viene soldado a la misma. Debido a que el microprocesador es una de las principales partes de la computadora consume mucha energía y necesita una constante refrigeración. Para eso se le coloca un disipador de calor hecho con material cobre o aluminio para permitir una alta conductividad térmica. Además se le coloca arriba del disipador un cooler o ventilador que quita el calor atraído por el disipador.

Generalmente en la mayoría de las computadoras se le agrega grasa o pasta térmica entre el disipador y la tapa del micro para refrigerar aún más. Pero hoy en día hay métodos de refrigeración más eficaces como el uso de células peltier o refrigeración líquida para casos extremos, como por ejemplo las prácticas de overclocking (alcanzar una mayor velocidad de reloj del micro para mejorar su rendimiento desde el BIOS).

Funcionamiento del microprocesador

El funcionamiento del microprocesador requiere de varias etapas, ya que se trata de instrucciones que se traducen en números binarios los cuales son ordenados de forma secuencial en la memoria principal de la unidad aritmético lógica. A continuación detallamos las fases del funcionamiento de los procesadores.

Todo se inicia con un prefetch o prelectura de la instrucción que se acaba de ingresar. Luego se hace el envío de dicha instrucción hacia el decodificador, donde se determina qué hacer con la instrucción dada. A continuación se procede a la ejecución, antes se hace lectura de operandos si es que hay; es decir que se lleva a cabo el procesamiento mediante un lanzamiento de las máquinas de estado. Y finalmente se procede a la escritura de resultados en los registros del sistema.

Todas estas etapas de procesamiento se hacen en ciclos de CPU, uno o varios ciclos según la estructura del micro y su capacidad de segmentación. La frecuencia de reloj determina la duración de dichos ciclos que no podrá ser de menor tiempo que el necesario para realizar la operación individual. El procesador va conectado a un circuito PLL hecho de cristal de cuarzo, el cual es capaz de generar pulsos constantemente, manteniendo un ritmo continuo en un segundo. En la actualidad genera miles de Mhz por segundo.

Evolución del microprocesador

• El Intel 4004,2 hecho en 1971 fue el primer procesador de la historia y se desarrolló para una calculadora, era un microprocesador de 4 bits realizando 60.000 operaciones por segundo, a una frecuencia de reloj de 700 kHz.
• En 1972 se hizo el procesador de 8 bits, el Intel 8008,que poseía 3300 transistores y trabajaba a frecuencias 800 kHz.
• En 1974 se desarrolló el Intel 8080 de 8 bits, con 4.500 transistores que era capaz de ejecutar 200.000 operaciones por segundo trabajando a 2 MHz.
• A principios de 1978 salió al mercado el procesador de 16 bits, llamado 8086 siendo el primer componente con la famosa arquitectura x86. Pero al no haber aplicaciones capaces de soportar los 16 bits, Intel se vio obligado a sacar el modelo 8088 en 1979 que operaba a 4 MHz.
• En 1982 salió el Intel 80286, un microprocesador de 16 bits, de la estructura x86, que contaba con 134000 transistores.trabajando a velocidades de 25 MHz.
• El procesador Intel 80386 fue el primero de 32 bits, desarrollado a fines de la década de los 80; y llegó a trabajar a frecuencias de reloj de 40 MHz.
• En 1992 apareció en el mercado el procesador DEC Alpha de 64 bits, que en su primer versión trabajaba a 200 Mhz mientras que el Intel pentium que surgió un año más tarde lo hacía a 66MHz. En 2001 el Alpha llegó a contar con una frecuencia de 1GHz marcando un hito mundial.
• En la actualidad los microprocesadores poseen arquitecturas de 64 bits y alrededor de 700 millones de transistores o más, como por ejemplo los Core i7 de Intel, que además llegan a operar a frecuencias superiores a los 3 GHz.

El microprocesador en la actualidad

Hoy en día existen microprocesadores de alto rendimiento que poseen varios núcleos internos que trabajan simultáneamente, proporcionando la capacidad de rendimiento como si fuese una computadora con más de un procesador. A estos núcleos se les llaman lógicos, debido a que simulan ser procesadores dentro de un mismo procesador para repartir las tareas de procesamiento de manera que afecte positivamente en el rendimiento de la CPU.

Y continuando con los avances tecnológicos y la tendencia de integrar más elementos dentro de un procesador, también se aumenta la eficiencia energética y la militarización de los componentes. Las unidades de punto flotante, los controladores de RAM, los controladores de buses y los procesadores dedicados de vídeo se encuentran integrados y trabajan de manera conjuntos en los microprocesadores más modernos.