Microprocesador

Te explico qué es un microprocesador, la historia y características de este circuito integrado. Además, para qué sirve y sus funciones.

+ ¿Qué es un microprocesador?

Se llama microprocesador o simplemente procesador al circuito integrado central de un sistema informático, en donde se llevan a cabo las operaciones lógicas y aritméticas (cálculos) para permitir la ejecución de los programas, desde el Sistema Operativo hasta el Software de aplicación.

Un microprocesador puede operar con una o más CPU (Unidades Centrales de Procesamiento), constituidas cada una por registros, una unidad de control, una unidad aritmético-lógica y una unidad de cálculo en coma flotante (o coprocesador matemático).

Asimismo, se haya generalmente conectado mediante un zócalo a la placa base o tarjeta madre, junto con un sistema disipador de calor que conforman ciertos materiales de disipación témica y un fan cooler (ventilador inerno).

Mientras que un mismo microprocesador puede contar con uno o más núcleos físicos o lógicos, en los que se lleva a cabo toda la labor de cálculo, un mismo sistema informático puede disponer de varios procesadores trabajando en paralelo.

El rendimiento de dichos procesadores no es nada fácil de medir, pero se suele usar la frecuencia de reloj (medida en herzios) para distinguir entre la potencia de unos y de otros.

+ Historia del microprocesador

Los microprocesadores surgieron como producto de la evolución tecnológica de dos ramas específicas: la computación y los semiconductores. Ambos tuvieron sus inicios a mediados del siglo XX, en el contexto de la Segunda Guerra Mundial, con la invención del transistor, con el que se reemplazó a los tubos al vacío.

A partir de entonces, se usó el silicio para generar circuitos electrónicos simples, dando pie posteriormente (el inicio de la década de 1960) a la creación de los primeros circuitos digitales: Lógica Transistor-Resistor (RTL), Lógica Transistor Diodo (DTL), Lógica Transistor-Transistor (TTL) y Lógica Complementada Emisor (ECL).

El siguiente paso hacia los microprocesadores sería la invención de los circuitos integrados (SSI y MSI), permitiendo así el inicio de la agregación y miniaturización de componentes. Las primeras calculadoras en emplear esta tecnología requerían sin embargo entre 75 y 100 circuitos integrados, lo cual era impráctico. Y así, el siguiente paso en la reducción de la arquitectura computacional fue el desarrollo de los primeros microprocesadores.

El primer procesador fue el Intel 4004 fabricado en 1971. Contenía 2300 transistores y con sus apenas 4 bits de capacidad podía realizar 60.000 operaciones lógicas por segundo, en una frecuencia de reloj de 700 Hz. A partir de entonces, la carrera tecnológica invirtió en el desarrollo de mejores y más potentes microchips: de 8 bits, 16 bits, 32 bits y 64 bits, alcanzando en la actualidad frecuencias superiores a los 3 GHz.

+ Características del microprocesador

Los microprocesadores asemejan una pequeña computadora digital en miniatura, por lo que presenta su propia arquitectura y realiza operaciones bajo un programa de control. Dicha arquitectura se compone de:

Encapsulado. Una cubierta cerámica que recubre el silicio y lo protege de los elementos (como el oxígeno del aire).

Caché. Un tipo de memoria ultrarrápida disponible para el procesador, de modo que no emplee memoria RAM sino cuando sea necesario, ya que en los varios niveles de la memoria caché se guardan datos en uso para su recuperación inmediata.

Coprocesador matemático. Llamada unidad de coma flotante, es la porción del procesador que se encarga de las operaciones lógicas y formales.

Registros. Una memoria breve de trabajo en el procesador, diseñada para llevar el control de su propio funcionamiento y condiciones.

Puertos. Los conductos que permiten al procesador comunicar la información con el resto de los componentes del sistema.

+ ¿Para qué sirve un microprocesador?

Los microprocesadores son el “cerebro” del computador: su centro lógico de operaciones aritméticas y lógicas, adonde van a ejecutarse todos los programas del sistema, tanto los propios del Sistema Operativo, como las aplicaciones ejecutadas por el usuario. Allí también se dan las lógicas binarias del sistema y los accesos a memoria. Es decir: el procesador es el motor informativo del computador.

+ Función del microprocesador

Un microprocesador opera en base a una serie de instrucciones elementales que son preprogramadas y almacenadas bajo la forma de código binario. Estas instrucciones van a organizarse a la memoria principal, y se dan de acuerdo a varias fases, que son:

Prefetch. O prelectura de la instrucción desde la memoria principal del sistema.

Fetch. Envío de la instrucción específica al decodificador.

Decodificación. Traducción de la instrucción en una serie de operaciones a realizar, y lectura de los operandos necesarios para hacerlo.

Ejecución. Realización de la instrucción por los componentes del sistema.

Escritura. Grabado de los resultados de vuelta en la memoria principal, o en los registros.

Estas fases se llevan a cabo en varios ciclos del CPU, y su duración depende de la frecuencia a la que trabaje el microprocesador.