Comprender el papel de la CPU en el rendimiento de la computadora

La Unidad Central de Procesamiento (CPU) es un componente esencial de cualquier computadora y desempeña un papel fundamental en el procesamiento de datos y la ejecución de comandos. Esta unidad realiza diversas tareas, desde ejecutar aplicaciones hasta procesar juegos pesados. Pero, ¿cuál es el mecanismo de funcionamiento de la CPU y cómo afecta al rendimiento general del dispositivo? En este artículo revisaremos la función de la unidad central de procesamiento, cómo elegir la más adecuada a sus necesidades y la importancia de esta unidad para lograr el rendimiento óptimo del dispositivo.

Los puntos más importantes aprendidos.

• La unidad central de procesamiento es el cerebro de la computadora, procesa instrucciones de programas y componentes.
• Las CPU modernas utilizan miles de millones de transistores microscópicos para interpretar señales binarias, lo que permite realizar tareas complejas a altas velocidades.
• La CPU se conecta a otros componentes de la computadora a través de sockets y buses.

La parte más importante de una computadora, si tuviera que elegir solo una, es la CPU. Es el centro principal (o "cerebro") y procesa las instrucciones que provienen del software, el sistema operativo u otros componentes de la computadora.

1 y 0: qué hace la CPU

Gracias a CPU más potentes, hemos pasado de simplemente poder mostrar una imagen en la pantalla de una computadora a Netflix, video chat, transmisión en vivo y videojuegos cada vez más realistas.

La CPU es una maravilla de la ingeniería, pero en esencia todavía se basa en el concepto básico de interpretar señales binarias (1 y 0). La diferencia ahora es que en lugar de leer tarjetas perforadas o procesar instrucciones con juegos de tubos de vacío, las CPU modernas usan pequeños transistores para crear videos de TikTok o completar números en una hoja de cálculo.

Conceptos básicos de la CPU

Fabricar una CPU es complejo. El punto importante aquí es que cada CPU contiene silicio (ya sea una sola pieza o varias piezas) que comprende miles de millones de transistores microscópicos.

Como señalamos anteriormente, estos transistores utilizan una serie de señales eléctricas (corriente "encendida" y corriente "apagada") para representar el código binario de la máquina, que consta de 1 y 0. Debido a que hay muchos más transistores de este tipo, las CPU pueden realizar tareas cada vez más complejas a velocidades más rápidas que antes.

La cantidad de transistores no significa necesariamente que la CPU será más rápida. Sin embargo, sigue siendo una razón fundamental por la que el teléfono que llevas en el bolsillo tiene mucha más potencia informática que la que tenía todo el planeta cuando fuimos a la luna por primera vez.

Antes de ascender en la escala conceptual de las CPU, hablemos de cómo la CPU ejecuta instrucciones basadas en código de máquina, lo que se denomina "conjunto de instrucciones". Las CPU de diferentes fabricantes pueden tener diferentes conjuntos de instrucciones, pero no siempre.

Por ejemplo, la mayoría de las computadoras con Windows usan el conjunto de instrucciones x86-64, independientemente de si se trata de una CPU Intel o AMD. Sin embargo, las Mac a partir de 2020 tienen CPU basadas en ARM llamadas Apple Silicon, que utilizan un conjunto de instrucciones diferente. También hay un número pequeño pero creciente de PC con Windows que utilizan procesadores ARM, como el Lenovo Yoga Slim 7x.

Una mirada al interior: núcleos, caché y gráficos

Ahora, echemos un vistazo a la silicona en sí. El cuadro anterior proviene de un documento técnico de Intel publicado en 2014 sobre la arquitectura de CPU de la compañía para el Core i7-4770S. Este es sólo un ejemplo de cómo se ve un procesador; otros procesadores tienen diseños diferentes.

Podemos ver que estamos ante un procesador de cuatro núcleos. Hubo un tiempo en que una CPU solo tenía un núcleo. Ahora que tenemos varios núcleos, procesan las instrucciones mucho más rápido. Los núcleos también pueden tener lo que se llama subprocesos múltiples o subprocesos simultáneos (SMT), lo que hace que un núcleo parezca dos para la PC. Esto, como se puede imaginar, ayuda a acelerar aún más los tiempos de procesamiento.

Los núcleos en este gráfico comparten algo llamado caché L3. Esta es una forma de memoria integrada en la CPU. Las CPU también tienen cachés L1 y L2 ubicadas en cada núcleo, así como registros, que son una forma de memoria de bajo nivel. Si desea comprender las diferencias entre registros, cachés y RAM del sistema, consulte esta respuesta en StackExchange.

El procesador que se muestra arriba también contiene el agente del sistema, el controlador de memoria y otras partes del silicio que administran la información entrante y saliente de la CPU.

Finalmente, están los gráficos integrados del procesador, que generan todas esas imágenes geniales que ves en tu pantalla. No todas las CPU tienen sus propias capacidades gráficas. Por ejemplo, las CPU de escritorio AMD Zen requieren una tarjeta gráfica discreta para mostrar cualquier cosa en la pantalla. Algunas CPU de escritorio Intel Core tampoco incluyen gráficos integrados.

CPU en la placa base

Ahora que hemos visto lo que sucede bajo el capó de la CPU, echemos un vistazo a cómo se integra con el resto de su computadora. La CPU está ubicada en lo que se llama un zócalo en la placa base de su computadora.

Una vez colocadas en el zócalo, otras partes de la computadora pueden comunicarse con la CPU a través de algo llamado "buses". Por ejemplo, la RAM se conecta a la CPU a través de su propio bus, mientras que muchos componentes de la computadora utilizan un tipo de bus específico, llamado “PCIe”.

Cada CPU tiene un conjunto de “carriles PCIe” que puede utilizar. Por ejemplo, las CPU Zen 5 de AMD tienen 28 subprocesos que se conectan directamente a la CPU. Estos caminos luego son divididos por los fabricantes de placas base bajo la dirección de AMD.

Por ejemplo, normalmente se utilizan 16 carriles para una ranura para tarjeta gráfica x16. Luego, hay ocho carriles de almacenamiento, como un dispositivo de almacenamiento rápido, como un SSD M.2. Como alternativa, estos ocho caminos también se pueden dividir. Se pueden usar dos carriles para un SSD M.2, dos carriles para una unidad SATA más lenta, como una unidad de disco duro o un SSD de 2.5 pulgadas, etc.

Eso significa 24 carriles, y los otros cuatro están dedicados al chipset, que es el centro de comunicaciones y controlador de tráfico de la placa base. Luego, el chipset tiene su propio conjunto de conexiones de bus, lo que permite agregar más componentes a la computadora. Como era de esperar, los componentes de mayor rendimiento tienen una conexión más directa con la CPU.

Verá, la CPU realiza la mayor parte del procesamiento de instrucciones y, a veces, incluso los gráficos (si está diseñada para eso). Sin embargo, la CPU no es la única forma de procesar instrucciones. Otros componentes, como la tarjeta gráfica, tienen sus propias capacidades de procesamiento integradas. La GPU también utiliza sus capacidades de procesamiento para trabajar con la CPU, ejecutar juegos o realizar otras tareas con uso intensivo de gráficos.

La gran diferencia es que los procesadores de componentes se construyen teniendo en cuenta tareas específicas. Sin embargo, una CPU es un dispositivo de propósito general capaz de realizar cualquier tarea informática que se le solicite. Por esta razón, la CPU ocupa un lugar destacado dentro de tu computadora, y el resto del sistema depende de ella para funcionar.

Elija la CPU adecuada para usted

Si está construyendo una computadora, especialmente una para juegos, debe asegurarse de elegir un procesador rápido y preparado para el futuro. Consulte nuestra guía de las mejores CPU del mercado para comenzar. Asegúrese de verificar sus medidas antes de ordenar cualquier otra pieza.

Comprender cómo funciona una CPU y su importancia para el rendimiento de la computadora puede ayudarlo a tomar decisiones informadas al comprar o actualizar su máquina. Se deben tener en cuenta sus necesidades personales al elegir la CPU adecuada, ya que esto puede afectar en gran medida la eficiencia y la velocidad del dispositivo. Invertir tiempo en aprender más sobre esta unidad puede generar enormes dividendos en su experiencia diaria.