Componentes y Características Clave del Microprocesador (CPU)

Introducción al Microprocesador (CPU)

El microprocesador, también conocido como procesador, unidad central de procesamiento (CPU), es un chip o circuito integrado compuesto por millones de componentes electrónicos. Su función es dirigir al resto de los componentes del ordenador para ejecutar las instrucciones de los programas. Junto a la placa base, es el componente más importante de un ordenador.

Especificaciones Principales del Procesador

Tipo y Compatibilidad

• Tipo de procesador: Se refiere a la marca y modelo específicos, como Intel, AMD, Cyrix, Motorola, etc.
• Tipo de zócalo (socket) o ranura (slot) que utiliza: Determina las placas base compatibles. Existen diversas variantes de cada tipo: Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket A, Socket 1, Socket 370, etc.

Velocidad

Se mide en GHz (Gigahercios). Existen dos tipos principales:

• Velocidad interna: También llamada velocidad del Back Side Bus (BSB). Es la velocidad a la que funciona el bus internamente.
• Velocidad externa o de bus: Conocida como Front Side Bus (FSB). Es la velocidad a la que el microprocesador se comunica con los componentes de la placa base.

La relación es: Frecuencia interna = Factor multiplicador x Frecuencia externa.

Voltaje

Será el que indique el fabricante. Cuanto menor sea, menor será el calor generado. Los microprocesadores reciben la electricidad de la placa base. Se distinguen dos tipos:

• Voltaje externo o voltaje de E/S: Permite al procesador comunicarse con la placa base; suele ser de 3,3 voltios.
• Voltaje interno o voltaje de núcleo (Vcore): Es menor que el anterior (por ejemplo, 2,4 V, 1,8 V) y permite al procesador funcionar con una temperatura interna menor.

Regulación del Procesador y Ahorro de Energía

La corriente consumida es casi proporcional a la velocidad de reloj. El procesador consume muy poca corriente cuando no tiene tareas que procesar, gracias a tecnologías de ahorro de energía como:

• SpeedStep (Intel): Permite cambiar la frecuencia de reloj del procesador para minimizar el consumo y el calor disipado cuando está en reposo o con poca actividad.
• PowerNow! y Cool'n'Quiet (AMD): Tecnologías equivalentes de AMD.

Arquitectura Interna del Microprocesador

Núcleos (Multinúcleo)

Un microprocesador multinúcleo es aquel que combina dos o más núcleos de procesamiento independientes en un solo circuito integrado.

Arquitectura de 32 y 64 bits

Bus de Direcciones

El número de bits del bus de direcciones limita la cantidad de memoria RAM real a la que se puede acceder. Ha evolucionado desde los 8 bits de los primeros microprocesadores hasta los 64 bits habituales hoy en día.

Bus de Datos

El número de bits del bus de datos determina la cantidad de información a la que se puede acceder de una sola vez. Suele coincidir con el tamaño de los registros internos del procesador. El tamaño habitual hoy en día también es de 64 bits.

Memoria Caché

La memoria caché es utilizada por el procesador para reducir el tiempo de acceso a los datos almacenados en la memoria principal (RAM). Funciona como un búfer ultrarrápido. Los niveles comunes son:

• Caché de Nivel 1 (L1): La más pequeña y rápida, integrada en cada núcleo. A menudo dividida en caché de instrucciones y caché de datos.
• Caché de Nivel 2 (L2): Más grande que la L1, pero ligeramente más lenta. Puede ser por núcleo o compartida.
• Caché de Nivel 3 (L3): De mayor capacidad que la L2, pero más lenta. Generalmente compartida por todos los núcleos del procesador.

La especificación de la caché puede presentarse de varias formas:

• Caché de X MB: Indica una caché (normalmente L3) compartida por todos los núcleos.
• Caché de X KB + Y KB: Indica una caché L1 dividida, con X KB para instrucciones e Y KB para datos (por núcleo).
• Caché de X x Y MB: Indica X núcleos, cada uno con Y MB de caché (normalmente L2 o L3 dedicada por núcleo, aunque menos común para L3).

Tecnología de Fabricación

Se refiere al tamaño de los componentes individuales (principalmente transistores) dentro del chip. Se mide en nanómetros (nm). Una menor distancia permite integrar más transistores en el mismo espacio, aumentando el rendimiento y/o reduciendo el consumo.

Tecnologías Adicionales y Buses

Conjuntos de Instrucciones Multimedia

MMX fue uno de los primeros conjuntos de instrucciones diseñados para acelerar tareas multimedia. Intel introdujo posteriormente versiones mejoradas como SSE (Streaming SIMD Extensions) y AVX (Advanced Vector Extensions).

Hyper-Threading (Intel)

Hyper-Threading (HT Technology) es una tecnología de Intel que permite a un único núcleo físico manejar dos hilos de ejecución (procesos lógicos) simultáneamente, mejorando el rendimiento en multitarea.

Buses de Comunicación Modernos

El tradicional Front Side Bus (FSB) ha sido reemplazado en gran medida por tecnologías de interconexión más rápidas y eficientes:

• HyperTransport (HTT): Utilizado por AMD (por ejemplo, en los Athlon 64 basados en la arquitectura K8).
• QuickPath Interconnect (QPI): Utilizado por Intel en procesadores como los Core i7 (Nehalem y posteriores).
• Direct Media Interface (DMI): Conexión punto a punto usada por Intel entre el procesador y el Platform Controller Hub (PCH) en arquitecturas más recientes.
• Infinity Fabric (IF): Utilizado por AMD en sus arquitecturas Zen y posteriores para interconectar núcleos, caché, controladores de memoria y E/S.

(Nota: Los procesadores Intel Core 2 Duo/Quad aún utilizaban el FSB para comunicarse con el chipset de la placa base).