Todos los dispositivos informáticos, desde simples juguetes hasta grandes sistemas comerciales, tienen un componente esencial llamado unidad central de procesamiento. La CPU realiza cálculos, hace comparaciones lógicas y mueve datos hasta miles de millones de veces por segundo. Funciona ejecutando instrucciones simples una a la vez, activadas por una señal de temporización maestra que ejecuta toda la computadora.
Descripción
Un procesador de CPU es un chip de computadora del tamaño de una caja de cerillas. Dentro del paquete hay un rectángulo de silicio que contiene millones de circuitos transistorizados. Del dispositivo sobresalen docenas de pines de metal, cada uno de los cuales transporta señales electrónicas dentro y fuera del chip. El chip se conecta a un enchufe en la placa de circuito de la computadora y se comunica con la memoria, los discos duros, las pantallas de visualización y otros dispositivos externos a la CPU.
Reloj
Un circuito de temporización llamado reloj envía pulsos eléctricos a la CPU. Dependiendo del procesador, el reloj puede funcionar a velocidades que van desde cientos de miles hasta miles de millones de ciclos por segundo. Los pulsos impulsan la actividad dentro de la CPU; debido a que otros circuitos dependen del mismo reloj, mantiene sincronizados eventos complejos en la computadora.
Instrucciones
Todas las CPU tienen un conjunto de instrucciones: una lista de acciones que realiza el procesador, que incluyen sumar números, comparar dos datos y mover datos a la CPU. El software que ejecuta en su computadora consta de millones de instrucciones de la CPU dispuestas en una secuencia; Las instrucciones son operaciones muy simples, por lo que la CPU realiza muchas de ellas para realizar tareas significativas. Algunas familias de CPU, como las que se utilizan en las PC de escritorio, utilizan el mismo conjunto de instrucciones, lo que les permite ejecutar el mismo software. Las CPU que no pertenecen a una familia de productos pueden utilizar instrucciones diferentes; La CPU de un iPad, por ejemplo, tiene instrucciones diferentes a las de una computadora portátil con Windows.
ALU
Los procesadores tienen un circuito llamado unidad aritmética y lógica que realiza cálculos y comparaciones. La aritmética que realizan la mayoría de las CPU es la multiplicación básica, suma, división y resta; Las matemáticas complejas, como las funciones estadísticas, son combinaciones de muchas operaciones simples realizadas a alta velocidad. La ALU también realiza comparaciones lógicas entre dos elementos de datos para determinar si son iguales o si uno es de mayor valor que el otro.
Unidad de control
La CPU contiene una unidad de control que coordina las actividades entre las otras partes de trabajo del procesador. La unidad de control divide cada instrucción en un conjunto de acciones y dirige a los diversos subsistemas de la CPU para que realicen las acciones. Por ejemplo, la unidad de control podría indicarle a la ALU que multiplique dos números y luego agregue un tercer número al resultado.
Memoria
El chip de la CPU tiene una cantidad limitada de memoria muy rápida. Tiene un conjunto de áreas de almacenamiento denominadas registros sobre las que la ALU actúa directamente. Por ejemplo, la ALU puede agregar rápidamente el número del registro 2 al contenido del registro 1. La CPU también mantiene las instrucciones y los datos usados recientemente en un área llamada caché que mejora la eficiencia de la computadora. En un programa que multiplica un precio por una cantidad, por ejemplo, la CPU busca estos números en su memoria caché. Si los encuentra, esto le ahorra al procesador el trabajo adicional de recuperar los números de los chips de memoria fuera de la CPU.