Microprocesador

Te explicamos qué es un microprocesador, cuáles son sus características y componentes, y qué tipos hay. Además, para qué sirve y cómo funciona.

¿Qué es un microprocesador?

Un microprocesador o simplemente procesador es el circuito integrado central de un sistema informático, es decir, el corazón lógico donde se llevan a cabo los cálculos necesarios para la ejecución de los programas informáticos.

Se trata de un componente clave en la historia de la computadora, que contiene los circuitos aritméticos, lógicos y de control necesarios para interpretar y ejecutar las instrucciones tanto del software de sistema como del software de aplicación. Todo esto ocurre en “lenguaje máquina”, es decir, en código o sistema binario.

La fabricación de microprocesadores es una de las actividades industriales más complejas y demandadas del mundo contemporáneo. Esto se debe a que son empleados en un sinfín de dispositivos electrónicos, como computadoras, smartphones y tablets, entre otros.

• Ver también: Componentes de una computadora

Características del microprocesador

Los microprocesadores se caracterizan por lo siguiente:

• Constituyen el corazón lógico del sistema. Funcionan a través de la realización de cálculos simples de suma, resta, división y multiplicación, que se traducen en acciones concretas dentro del sistema.
• Están compuestos por matrices de silicio. Para su fabricación, se utiliza silicio, un material semiconductor que permite controlar el flujo eléctrico. Con él, se elabora una matriz cuadrada conformada por millones de transistores diminutos.
• Pueden ser uno o varios por sistema. En la actualidad, muchos sistemas informáticos utilizan varios procesadores en serie para aumentar su velocidad de cálculo y contar con mayor potencia computacional.
• Se encuentran en la placa base del sistema. También llamada placa madre (del inglés motherboard), la placa base es la tarjeta principal de una computadora. Allí los microprocesadores están protegidos del sobrecalentamiento por elementos de disipación térmica y un ventilador interno.
• Operan en base a código binario. Los transistores que componen un microprocesador pueden estar en dos posiciones: encendido (1) o apagado (0), a partir de las cuales se construye una relación lógica binaria.
• Su velocidad se mide en hercios. Normalmente, un procesador opera a una velocidad de entre 1,6 y 6 gigahercios (gHz).

Componentes de un microprocesador

Los microprocesadores se asemejan a una computadora en miniatura, por lo que presentan su propia arquitectura y realizan operaciones bajo un programa de control. Dicha arquitectura se compone de los siguientes elementos:

• Encapsulado. Esuna cubierta cerámica que recubre el silicio y lo protege de los elementos que pueden deteriorarlo, como el oxígeno del aire.
• Memoria caché. Es un tipo de memoria ultrarrápida disponible para el procesador, de modo que solo emplee memoria RAM cuando sea necesario. En los distintos niveles de la memoria caché, se guardan datos en uso para su recuperación inmediata.
• Coprocesador matemático. Llamado actualmente “unidad de coma flotante”, es la porción del procesador que se encarga de las operaciones lógicas y formales.
• Registros. Es una memoria breve de trabajo en el procesador, diseñada para llevar el control de su propio funcionamiento y sus condiciones.
• Puertos. Son los conductos que permiten al procesador comunicar la información al resto de los componentes del sistema.

Tipos de microprocesadores

Normalmente, los microprocesadores se clasifican dependiendo de la cantidad de núcleos que tengan, esto es, de la cantidad de procesadores que actúen de manera conjunta como parte del mismo CPU (del inglés Central Processing Unit, “Unidad Central de Procesamiento”). Según este criterio, puede distinguirse entre procesadores mononúcleo y multinúcleo.

• Procesadores mononúcleo. Son aquellos que operan mediante un único procesador por CPU, es decir, un único centro de procesamiento de datos lógicos. Por ende, el consumo energético del sistema es menor, pero también lo es su capacidad de procesamiento, ya que se pueden constituir “cuellos de botella” o atascos cuando múltiples instrucciones aguardan para ser procesadas.
• Procesadores multinúcleo. Son aquellos que operan mediante dos, cuatro, seis o más procesadores por CPU, dispuestos de manera paralela, para poder realizar diferentes tareas a la vez. Esto se traduce en mayor rapidez del sistema y menor margen de atascos, pero también en mayor consumo energético y calentamiento.

¿Para qué sirve un microprocesador?

Los microprocesadores son el “cerebro” de la computadora: el centro electrónico de operaciones aritméticas y lógicas del sistema. Sin un procesador, una computadora no podría operar, pues no habría una instancia que lea y ejecute las instrucciones contenidas en el software.

Las aplicaciones específicas de los microprocesadores son virtualmente infinitas. Más allá de las computadoras, numerosos dispositivos electrónicos de uso cotidiano cuentan con uno o varios núcleos de procesamiento dotados, a su vez, de un microprocesador. Por ejemplo: hornos microondas, televisores digitales, consolas de videojuego, controladores de inyección de los automóviles, cajeros automáticos, smartwatches, smartphones, entre muchos otros.

¿Cómo funciona un 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 se organizan en la memoria principal y se dan de acuerdo a varias fases, que son:

• Prefetch. Consiste en la prelectura de la instrucción desde la memoria principal del sistema.
• Fetch. Consiste en el envío de la instrucción específica al decodificador.
• Decodificación. Consiste en la traducción de la instrucción en una serie de operaciones a realizar y la lectura de los operandos necesarios para hacerlo.
• Ejecución. Consiste en la realización de la instrucción por parte de los componentes del sistema.
• Escritura. Consiste en el grabado de los resultados de vuelta en la memoria principal o 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.

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 a inicios 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 la miniaturización de componentes. Sin embargo, las primeras calculadoras en emplear esta tecnología requerían entre 75 y 100 circuitos integrados, lo cual era poco práctico. 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 2.300 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.

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Referencias

• Ramírez, E. V. y Weiss, M. (1986). Introducción a los microprocesadores. Equipo y sistemas. Limusa.
• The Editors of the Encyclopaedia Britannica. (2024). Microprocessor. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/
• Ujaldón Martínez, M. (2003). Arquitectura del PC. Volumen I: Microprocesadores. Megamultimedia, S. L.