EL MICROPROCESADOR
El microprocesador es el circuito integrado
central más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le
suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador.
Es el encargado de ejecutar los programas,
desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta
instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones
aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir,
las lógicas binarias y accesos a memoria.
PARTES
QUE LA CONSTITUYEN
Esta unidad central de procesamiento está
constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad
aritmética lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante (conocida
antiguamente como «coprocesador matemático»).
El microprocesador tiene una arquitectura
parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es
como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de
control. En un microprocesador se puede diferenciar
diversas partes:
Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de
silicio en sí, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por
oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo
acoplaran a su zócalo a su placa base.
Memoria caché: es una memoria ultrarrápida que
emplea el procesador para tener alcance directo a ciertos datos que
«predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que
acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de
datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada caché interna de
primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a
él. Los micros más modernos (Core i3, Core i5 , core i7, etc) incluyen también
en su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la
caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o
L3.
Coprocesador matemático: unidad de
coma flotante. Es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos
matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip.
Esta parte está considerada como una parte «lógica» junto con los registros, la
unidad de control, memoria y bus de datos.
Registros: son básicamente un tipo de
memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos
usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo
de registros está diseñado para control del programador y hay otros que no son
diseñados para ser controlados por el procesador pero que la CPU los utiliza en
algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
Memoria: es el lugar donde el procesador
encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como
las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede
desde allí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función
esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso.
Puertos: es la manera en que el procesador
se comunica con el mundo externo. Un puerto es análogo a una línea de teléfono.
Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador
necesita comunicarse, tiene asignado un «número de puerto» que el procesador
utiliza como si fuera un número de teléfono para llamar circuitos o a partes
especiales.
LOCALIZACIÓN
El
microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la
placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable
funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un
disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica,
como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del
calor absorbido por el disipador.
DISIPACIÓN
DEL CALOR
Con el aumento de la cantidad de transistores
integrados en un procesador, el consumo de energía se ha elevado a niveles en
los cuales la disipación calórica natural del mismo no es suficiente para
mantener temperaturas aceptables y que no se dañe el material semiconductor, de
manera que se hizo necesario el uso de mecanismos de enfriamiento forzado, esto
es, la utilización de disipadores de calor.
Entre ellos se encuentran los sistemas
sencillos, tales como disipadores metálicos, que aumentan el área de radiación,
permitiendo que la energía salga rápidamente del sistema. También los hay con
refrigeración líquida, por medio de circuitos cerrados.
En los procesadores más modernos se aplica en
la parte superior del procesador, una lámina metálica denominada IHS que va a
ser la superficie de contacto del disipador para mejorar la refrigeración
uniforme del die y proteger las resistencias internas de posibles tomas de
contacto al aplicar pasta térmica. Varios modelos de procesadores, en especial,
los Athlon XP, han sufrido cortocircuitos debido a una incorrecta aplicación de
la pasta térmica.
Para las prácticas de overclock extremo, se
llegan a utilizar elementos químicos tales como hielo seco, y en casos más
extremos, nitrógeno líquido, capaces de rondar temperaturas por debajo de los
-190 grados Celsius y el helio líquido capaz de rondar temperaturas muy
próximas al cero absoluto. De esta manera se puede prácticamente hasta
triplicar la frecuencia de reloj de referencia de un procesador de silicio. El
límite físico del silicio es de 10 GHz, mientras que el de otros materiales
como el grafeno puede llegar a 1 THz.
CONEXIÓN
CON EL EXTERIOR
El microprocesador posee un arreglo de
elementos metálicos que permiten la conexión eléctrica entre el circuito
integrado que conforma el microprocesador y los circuitos de la placa base.
Dependiendo de la complejidad y de la potencia, un procesador puede tener desde
8 hasta más de 2000 elementos metálicos en la superficie de su empaque. El
montaje del procesador se realiza con la ayuda de un zócalo de CPU soldado
sobre la placa base. Generalmente distinguimos tres tipos de conexión:
PGA: Pin Grid Array: La conexión se
realiza mediante pequeños alambres metálicos repartidos a lo largo de la base
del procesador introduciéndose en la placa base mediante unos pequeños
agujeros, al introducir el procesador, una palanca anclará los pines para que
haga buen contacto y no se suelten.
BGA: Ball Grid Array: La conexión se
realiza mediante bolas soldadas al procesador que hacen contacto con el zócalo
LGA: Land Grid Array: La conexión se
realiza mediante superficies de contacto lisas con pequeños pines que incluye
la placa base.
Entre las conexiones eléctricas están las de
alimentación eléctrica de los circuitos dentro del empaque, las señales de
reloj, señales relacionadas con datos, direcciones y control; estas funciones
están distribuidas en un esquema asociado al zócalo, de manera que varias
referencias de procesador y placas base son compatibles entre ellos,
permitiendo distintas configuraciones.
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