El procesador es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Permite el procesamiento de información numérica, es decir, información ingresada en formato binario, así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria.
Funcionamiento
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.
Los mayores productores de procesadores en el mundo, son grandes empresas con tecnología para fabricar procesadores competitivos para computadoras: Intel (que domina el mercado), AMD, Vía e IBM, que fabrica procesadores para otras empresas, como Transmeta.
Algunos de los modelos más modernos, y los cuales cuentan con la tecnología más avanzada de la actualidad son el Intel Core Sandy Bridge en sus variables i3, i5 e i7, el AMD Fusion y FX, los cuales pueden incorporar hasta 8 núcleos.
Los anteriormente mencionados cubren la mayoría de las necesidades en computadoras de escritorio, mientras que para dispositivos portátiles como celulares y tablets podemos contar con procesadores ARM, Atom, Tegra2 y Snapdragon.
Instrucciones
Una instrucción es una operación elemental que el procesador puede cumplir.. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por el procesador. Las instrucciones poseen dos campos:
Las instrucciones pueden agruparse en distintas categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes:
Acceso a Memoria: acceso a la memoria o transferencia de información entre registros.
Operaciones Aritméticas: operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación.
Operaciones Lógicas: operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc.
Control: controles de secuencia, conexiones condicionales, etc.
Registros
Cuando el procesador ejecuta instrucciones, la información almacena en forma temporal en pequeñas ubicaciones de memoria local de 8, 16, 32 o 64 bits, denominadas registros. Dependiendo del tipo de procesador, el número total de registros puede variar de 10 a varios cientos.
Los registros más importantes son:
El registro acumulador (ACC), que almacena los resultados de las operaciones aritméticas y lógicas;
El registro de estado (PSW, Processor Estado: Word o Palabra de Estado del Procesador), que contiene los indicadores de estado del sistema (lleva dígitos, desbordamientos, etc.);
El registro de instrucción (RI), que contiene la instrucción que está siendo procesada actualmente;
El contador ordinal (OC o PC por Program Counter, Contador de Programa), que contiene la dirección de la siguiente instrucción a procesar;
El registro del búfer, que almacena información en forma temporal desde la memoria.
Memoria caché
La memoria caché (también memoria buffer) es una memoria rápida que permite reducir los tiempos de espera de las distintas informaciones almacenada en la RAM (Random Access Memory o Memoria de Acceso Aleatorio). En efecto, la memoria principal del ordenador es más lenta que la del procesador. Existen, sin embargo, tipos de memoria que son mucho más rápidos, pero que tienen un costo más elevado. La solución consiste entonces, en incluir este tipo de memoria local próxima al procesador y en almacenar en forma temporal la información principal que se procesará en él. Los últimos modelos de ordenadores poseen muchos niveles distintos de memoria caché:
La Memoria caché nivel 1 (denominada L1 Cache, por Level 1 Cache) se encuentra integrada directamente al procesador. Se subdivide en dos partes:
La primera parte es la caché de instrucción, que contiene instrucciones de la RAM que fueron decodificadas durante su paso por las canalizaciones.
La segunda parte es la caché de información, que contiene información de la RAM, así como información utilizada recientemente durante el funcionamiento del procesador.
Señales de Control
Las señales de control son señales electrónicas que orquestan las diversas unidades del procesador que participan en la ejecución de una instrucción. Dichas señales se envían utilizando un elemento denominado secuenciador. Por ejemplo, la señal Leer/Escribir permite que la memoria se entere de que el procesador desea leer o escribir información.
Unidades Funcionales
El procesador se compone de un grupo de unidades interrelacionadas (o unidades de control). Aunque la arquitectura del microprocesador varía considerablemente de un diseño a otro, los elementos principales del microprocesador son los siguientes:
-
Una unidad de control que vincula la información entrante para luego decodificarla y enviarla a la unidad de ejecución. Se compone de los siguientes elementos:
secuenciador (o unidad lógica y de supervisión ), que sincroniza la ejecución de la instrucción con la velocidad de reloj. También envía señales de control:
contador ordinal, que contiene la dirección de la instrucción que se está ejecutando actualmente;
registro de instrucción, que contiene la instrucción siguiente.
- Una unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas que le asigna la unidad de instrucción. La unidad de ejecución se compone de los siguientes elementos:
la unidad aritmética lógica (se escribe ALU); sirve para la ejecución de cálculos aritméticos básicos y funciones lógicas (Y, O, O EXCLUSIVO, etc.);
la unidad de punto flotante (se escribe FPU), que ejecuta cálculos complejos parciales que la unidad aritmética lógica no puede realizar;
el registro de estado;
el registro acumulador.
- Una unidad de administración del bus (o unidad de entrada-salida) que administra el flujo de información entrante y saliente, y que se encuentra interconectado con el sistema RAM.