¿Qué es una CPU y qué hace??

¿Qué es una CPU?? La CPU o Unidad Central de procesamiento¿Es el cerebro de una computadora?. Todo lo que hace una computadora, desde jugar videojuegos hasta ayudarte a escribir un ensayo, se divide en un conjunto de instrucciones matemáticas. La CPU toma esas instrucciones y las ejecuta. 

Los detalles de cómo lo hace es, por supuesto, mucho más complicado que esa simple explicación. Lo más importante que debe saber es que la CPU es el principal motor matemático de una computadora.

A fines de la década de 1950, Robert Noyce y Jack Kilby dieron un paso masivo más allá y crearon el primer trabajo circuito integrado. Un circuito integrado es un conjunto de circuitos electrónicos integrados en una sola pieza de material semiconductor. En la mayoría de los casos, ese material es silicio. Esto es lo que la gente quiere decir cuando dicen "microchip".

Una CPU consta de uno o más microchips. Esta es una invención importante porque miles de millones de transistores se pueden empacar en una sola CPU. Esto crea motores matemáticos increíblemente poderosos.

Usando los inventos de puertas lógicas, transistores y circuitos integrados, todo el mundo ha sido cambiado. Los microchips están en todo en estos días, no solo en su computadora. Y las CPU son los microchips de propósito general más avanzados que podemos hacer.

¿Cómo funcionan las CPU??

Todo el principio de una CPU se basa en código binario. Los seres humanos tienden a representar números usando un sistema llamado base 10 o el sistema decimal. Los valores de lugar de cada dígito en un número aumentan por un factor de diez. Entonces "111" contiene cien, diez y uno.

Las computadoras y sus CPU no pueden entender la base 10 en absoluto. Los transistores trabajan en el principio de estar encendido o apagado. Lo que significa que las puertas lógicas que construye también solo pueden trabajar con estos dos estados. Es por eso que, fundamentalmente, las CPU se ejecutan en código binario. Este sistema numérico tiene diferentes valores de lugar. En cambio, si 1, 10, 100, 1000 y así sucesivamente, los valores del lugar son 1,2,4,8,16,32,64,128 y así sucesivamente.

Entonces, en binario, "111" sería 7 en números decimales ya que agregan 1,2 y 4 juntos. Si alguno de los números es cero, simplemente omita y agregue el valor de lugar del siguiente 1. De esta manera puede expresar cualquier valor decimal. Solo tenga en cuenta que los números binarios a menudo se leen de derecha a izquierda, por lo que el valor del lugar "1" estaría en el extremo derecho.

Vamos a ponerlo en una mesa para que sea claro:

¿Puedes ver por qué se suma al número 7 en decimal?? Hagamos el número 23:

Entonces 111 es "7", pero "11101" es 23 porque el valor del quinto lugar en binario es de 16. Muy bien, correcto? Puede expresar cualquier número posible que se pueda escribir de esta manera. Lo que significa que las computadoras construidas a partir de transistores también pueden funcionar con cualquier número.

¿Cómo se hacen las CPU??

El proceso de producción de las CPU modernas también es, como era de esperar, bastante complejo. El proceso básico implica un cultivo de cilindros grandes de cristal de silicio. Sus propiedades semiconductoras lo hacen ideal para construir un circuito integrado binario.

Estos cristales grandes se cortan en obleas delgadas. Las obleas están "dopadas" con otro químico para ajustar sus propiedades. Los circuitos de nano escala se graban en la superficie de la oblea utilizando una luz utilizando un proceso conocido como fotolitografía.

Diseño y rendimiento de la CPU

Las CPU no se hacen iguales. El primer antepasado apropiado de la CPU moderna, la Intel 8086, tenía alrededor de 29 000 transistores en su circuito integrado. Hoy, un procesador como el Intel I99900K tiene poco más de 1.7 mil millones transistores. Cuanto más denso sean los circuitos lógicos de una CPU, más complejo y mayor es el número de instrucciones que puede realizar por ciclo de reloj.

Espera, "Ciclo de reloj"? Sí, ese es el otro componente principal del rendimiento de la CPU. Una CPU funciona a una frecuencia particular, con cada pulso del reloj de la CPU se realizan un ciclo de cálculos. Si toma la misma CPU y duplica su velocidad de reloj, entonces (en teoría) debe funcionar dos veces más rápido.

Ese Intel 8086 de 1978 funcionó a 5MHz cuando se lanzó. Son cinco millones de ciclos de reloj por segundo. El Intel 19-9900K? Él empieza a las 3.6 GHz.Que 3600 MHz, con la opción de aumentar las cosas de hasta 5000 MHz cuando sea posible.

Para agregar otra arruga al rendimiento de la CPU, las CPU modernas en realidad contienen múltiples "núcleos". Cada núcleo es en realidad una CPU independiente en sí misma. Es típico tener al menos cuatro de estos núcleos en estos días, pero últimamente la norma ha sido que las computadoras convencionales tengan seis u ocho núcleos. Las computadoras profesionales de alta gama pueden tener en la región de 100 núcleos de CPU.

Tener múltiples núcleos significa que la CPU puede realizar múltiples conjuntos de instrucciones en paralelo. Lo que significa que nuestras computadoras pueden hacer muchas cosas a la vez sin problemas. Algunas CPU tienen núcleos "multiproceso". Estos núcleos pueden manejar dos tareas separadas cada una. En las CPU Intel esto se marca como "HyperThreading".

Entonces, el rendimiento total de una CPU se reduce a una combinación de:

• Es el recuento total de transistores y cuán avanzado son el diseño de sus circuitos lógicos
• La frecuencia del reloj
• El número de núcleos
• El número de hilos

Hay, por supuesto, más que estos cuatro puntos principales. Sin embargo, esas son las cuatro consideraciones principales para hacer que una CPU funcione bien.

El papel de la CPU en su computadora

Lo último que tenemos que cubrir es qué trabajo juega la CPU en su computadora. Después de todo, no es el único microchip de circuito integrado en su computadora. Por ejemplo, las GPU (unidades de procesamiento de gráficos) a menudo son aún más densos en transistores que una CPU.

Necesitan su propia fuente de enfriamiento y energía, así como memoria. Es como una pequeña computadora extra! Lo mismo puede decirse de los chips que controlan su sonido, USB y tráfico de disco duro. Entonces, ¿por qué es especial la CPU?? Estas son las razones principales:

• Puede procesar cualquier instrucción, una GPU solo tiene ciertos tipos de procesamiento
• Se une a todos los demás componentes, presionando y extrayendo datos para que su computadora funcione
• La CPU está involucrada con todo el trabajo que se le pide a la computadora que realice hasta cierto punto

En resumen, la CPU es el componente de rendimiento de propósito general más importante en su computadora. No lo das por sentado!