CPU: Funcionamiento, Componentes y Arquitectura del Procesador Central

La CPU (Central Processing Unit) es el cerebro del ordenador, encargada del procesamiento de datos. Su nombre se desglosa en:

• Central: Es el centro de procesado de datos, el núcleo de la computación.
• Processing (Procesado): Su función principal es procesar y calcular datos.
• Unit (Unidad): Es un chip complejo compuesto por millones de transistores.

El procesador se encarga de trabajar con los datos que recibe de los diferentes periféricos y/o unidades de almacenamiento.

Componentes Internos de la CPU

La CPU está compuesta por varias unidades que trabajan en conjunto para ejecutar las tareas:

• Unidad de Proceso (UP): Ejecuta las tareas encomendadas y las operaciones principales.
• Unidad Aritmético Lógica (ALU): Es un circuito digital que realiza todas las operaciones de carácter aritmético (sumas, restas, etc.) y lógico (comparaciones, etc.), actuando como la "calculadora" de la CPU.
• Registros: Son pequeñas unidades de memoria interna de alta velocidad, utilizadas para el almacenamiento temporal y la manipulación rápida de datos y valores durante el procesamiento.
• Unidad de Control (UC): Controla y coordina todos los procesos y operaciones que se llevan a cabo dentro de la CPU, dirigiendo el flujo de datos y las instrucciones.

Interconexión y Flujo de Datos

La CPU procesa los datos que le llegan y los devuelve a la memoria interna del sistema (RAM), que, a su vez, los enviará a su destino final. La comunicación entre la RAM y la CPU se realiza a través del FSB (Front Side Bus), que en arquitecturas más antiguas se conectaba estrictamente con el Puente Norte.

¿Qué es un Bus de Datos?

Un bus (o canal) es un sistema de comunicación que transfiere datos entre los diferentes componentes de un ordenador o entre sistemas. Está formado por cables, pistas de circuito impreso y dispositivos electrónicos.

Tipos de Buses de Datos

Existen dos tipos principales de buses, según la forma en que transmiten la información:

• Bus Paralelo: La información se transmite en bloques de bits simultáneamente, utilizando múltiples líneas de datos.
• Bus Serie: La información se transmite bit a bit de forma secuencial, utilizando una o pocas líneas de datos.

Tipos de Datos Procesados por la CPU

El procesador recibe principalmente dos tipos de información para su operación:

• Los datos puros que deben ser procesados.
• Las instrucciones que indican cómo procesar esos datos.

La CPU manipula los datos siguiendo un conjunto de instrucciones preestablecidas. Estas instrucciones son las órdenes que se envían desde los programas de usuario o desde el propio software del sistema operativo. Una vez procesados, estos datos se devuelven al sistema para su uso posterior.

El Ciclo de Instrucción de la CPU

Para procesar datos, la CPU sigue una secuencia fundamental conocida como ciclo de instrucción o ciclo de trabajo, que consta de las siguientes fases:

• Fetch (Búsqueda): La CPU lee la instrucción de la memoria principal.
• Decode (Decodificación): Se analiza el código de la instrucción y se recuperan los datos necesarios de la memoria o registros.
• Execute (Ejecución): Se realiza la operación indicada por la instrucción.

El conjunto de todas las instrucciones que una CPU puede entender y ejecutar se denomina conjunto de instrucciones o juego de instrucciones de esa CPU.

Estructura Física del Procesador

Externamente, el procesador se presenta como un chip recubierto de un material disipador (frecuentemente cerámico o metálico), con una serie de contactos o pines en su parte inferior diseñados para conectarse a la placa base del ordenador.

Los contactos o pines inferiores de la CPU se insertan en la placa base del PC a través de un componente llamado zócalo o Socket. Esta unión entre el procesador y el socket debe ser precisa, ya que cada modelo de procesador está diseñado para montarse únicamente en su socket específico.

Sobre el conjunto formado por el socket y el procesador, se instala un sistema de refrigeración, que generalmente consiste en un gran disipador de calor (con aletas) y un ventilador, para mantener la temperatura del procesador dentro de límites seguros y asegurar su correcto funcionamiento.