¿Qué es la CPU o procesador de un ordenador?

¿Qué es la CPU o procesador?

La CPU, o unidad central de procesamiento, es la parte encargada de procesar todas las instrucciones y datos del software y del hardware, motivo por el cual constituye el elemento más importante del computador. Su relevancia es tal que, coloquialmente, se ha definido como el cerebro del ordenador. Su objetivo principal es leer e interpretar las diferentes instrucciones que recibe de los programas para, finalmente, ejecutarlas en el monitor a una velocidad medida en gigahercios.

Si bien es cierto que, en numerosas ocasiones, se ha empleado este término para hacer referencia a la caja de la computadora en su conjunto, esta generalización resulta errónea y el vocablo tan sólo ha de utilizarse para designar al procesador o microprocesador del ordenador.

¿Cómo nace y cuál ha sido su evolución?

Las primeras CPU surgieron a finales de los años 50 y principios de los 60. Se trataba de grandes máquinas que podían incluso ocupar una sola habitación. Su tamaño, pero también su precio y dificultades de uso, impedían que pudieran emplearse más allá del ámbito universitario. Posteriormente, la apuesta realizada por proyectos privados empresariales, que entendían que las computadoras debían extenderse para uso personal, hizo que se difundiera la investigación y, paulatinamente, se fuera produciendo una importante evolución de las unidades centrales que las ha ido llevando a convertirse en los actuales microprocesadores.

El tamaño de estos sistemas comenzó a decrecer ya en la década de los 60, mientras que, a la vez, su potencia se hacía más elevada. Es así como pasaron a convertirse en placas de circuitos conectadas entre sí, aunque, pese a su importante reducción, la CPU todavía tenía un volumen considerable. Fue a mitad de estos años cuando finalmente surgió la placa de circuito integrado, que dio lugar a los primeros procesadores complejos de una sola chapa.

La tecnología, por supuesto, no se detuvo aquí, sino que continuó con su apuesta por el incremento de la potencia, en paralelo a una disminución del tamaño, hasta que en 1971 apareció el primer microprocesador. Esta investigación no ha cesado en nuestros días y los ingenieros aún realizan estudios en este campo para hacer estas placas más pequeñas y eficientes.

¿Qué componentes integran la CPU?

La unidad central de procesamiento está formada por varios componentes, entre los que destacan dos como los principales:

Unidad aritmético-lógica (ALU, por sus siglas en inglés): llamada así por las operaciones (aritméticas o lógicas) que el procesador admite. Es, por tanto, el motor de cálculo, que recibe un código y escoge la operación requerida para decodificarlo.

Unidad de control: recibe los datos de entrada e instrucciones desde la memoria, ejecuta y envía la información una vez procesada. Es decir, dirige el funcionamiento interno de la CPU, porque indica cuándo y cómo debe funcionar cada uno de los componentes.

El resto de partes que integran la unidad central de procesamiento son las siguientes:

Bus de direcciones: manda direcciones a la memoria y los periféricos para dar a conocer dónde se ha de escribir o leer un dato.

• Bus de datos: permite que el procesador envíe datos a la memora y periféricos o bien los reciba de estos.
• Registro de instrucción: almacena la instrucción que se está llevando a cabo en cada momento.
• Archivo de registros: almacena datos temporalmente.
• Contador de programa: contiene la dirección de la memoria en la que está la próxima instrucción que debe ejecutarse.
• Registro de direcciones de memoria: aglutina la siguiente dirección de memoria de la que se va a leer o escribir un dato.
• Reloj: marca la señal a la que trabaja la CPU, ya que los procesadores son sistemas digitales síncronos.

¿Cómo funciona la CPU?

El funcionamiento de la CPU se basa en cuatro sencillos pasos: lectura, decodificación, ejecución y escritura, para lo que emplea un lenguaje binario, basado en 0s y 1s. En la primera de las fases, el procesador central se encarga de leer aquellos datos que, más tarde, serán gestionados. En este paso existe un desajuste, ya que la cantidad de datos que pueden ser leídos es inferior a la de aquellos que pueden ser procesados, por lo que deben aplicarse cachés y multicanal.

Posteriormente, los datos leídos son analizados, siguiendo unas instrucciones, para que éstos se decodifiquen. Al término de esta fase, la información recibida es ejecutada para, finalmente, acabar con el paso de escritura, donde el microprocesador se encarga de devolver los resultados a la memoria de la computadora.

Tipos de procesadores

La CPU puede clasificarse en dos grandes grupos en función del conjunto de instrucciones que admite:

Procesadores CISC (Complex Instruction Set Computers). Su entramado de instrucciones es extenso y complejo, ya que éstas operan sobre los elementos internos de la computadora y son ejecutadas por un microprograma.

Procesadores RISC (Reduced Instruction Set Computers). Poseen un juego de instrucciones reducido, pues cada una de ellas desarrolla una tarea sencilla. En caso de tener directrices más complejas, se llevan a cabo mediante una secuencia de las instrucciones sencillas disponibles.