Definición de CPU (Unidad Central de Procesamiento)

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CPU

Leandro Alegsa (Contacto) 2018-06-25

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La CPU es la parte central del procesamiento de una computadora. Es la encargada del procesamiento de todas las instrucciones que provienen del hardware y del software. El término se empezó a usar a principios de la década del 60 del siglo pasado.

CPU proviene de central processing unit, que se traduce como a unidad central de procesamiento o unidad de procesamiento central.

Características del CPU

Físicamente la CPU es un circuito electrónico que realiza cálculos aritméticos, lógicos y operaciones de entrada-salida para las instrucciones.

Usualmente al referirnos a CPU hablamos del procesador y más específicamente a sus unidades de procesamiento y de control. Por lo que, en esta definición de CPU, no entran elementos como la memoria principal o la circuitería de entrada-salida.

La CPU trabaja activamente con la memoria principal, aunque físicamente está separada del microprocesador.

Algunos usuarios novatos llaman "CPU" al gabinete de la computadora, e incluso algunos a toda la computadora, lo cual es un error.

El rendimiento, calidad y costo de una computadora está altamente relacionado a su CPU.

Algunas computadoras emplean procesadores de múltiples núcleos, esto significa que un único chip contiene dos o más CPUs llamados núcleos (o cores). Ver: multi-core.

Otros sinónimos usados para CPU, aunque no siempre signifiquen exactamente lo mismo: procesador, procesador central, microprocesador, cerebro de la computadora, processor, central processor, microprocessor.

Microprocesador, forma parte del CPU. Es su "cerebro".

Componentes de la CPU

Diagrama del funcionamiento del CPU: las líneas negras indican flujo de datos, las rojas flujos de control y las flechas el sentido del flujo. Licencia CC

- Unidad de Control (UC): obtiene instrucciones desde la memoria y las "ejecuta" dirigiendo operaciones coordinadas con la UAL, registros y otros componentes.

- Unidad aritmético-lógica (UAL o ALU en inglés): realiza operaciones aritméticas y lógicas.

- Registros de procesador: proveen operandos al UAL y almacenan los resultados obtenidos en el UAL

Los procesadores vectoriales tienen múltiples procesadores que operan en paralelo, no tiene una unidad considerada central.

Esquema básico CPU

Fabricantes y familias de CPU

Los principales fabricantes de microprocesadores son AMD e Intel.

Las familias de microprocesadores importantes de AMD: K6, Athlon, Turion, Phenom, serie A, Fx...

Las familias de microprocesadores importantes de Intel: 40xx, 80xxx, Pentium, Celeron, Core, Core i...

Para una lista detallada de CPUs leer: microprocesador.

Esquema CPU y la placa madre

Esquema de la CPU y su interfacción con la placa madre

Esquema de la CPU y su interfacción con la placa madre

La CPU y su interacción con la placa madre de una computadora típica

Cómo testear la CPU de una computadora en busca de errores

Leer el artículo aquí: Cómo probar si la placa madre y la CPU de la computadora fallan

El calor de una CPU

Leer: ¿Por qué una CPU genera calor?

Tecnologías empleadas en CPUs
• Arquitectura	• Harvard (Modified Harvard) • von Neumann • Dataflow • TTA
• Conjunto de instrucciones	• ASIP • CISC • EDGE • EPIC • MISC • MIPS • NISC • OISC • RISC • TRIPS • VLIW • ZISC
• Tamaño de palabra (word)	• 1 bit • 4 bit • 8 bit • 9 bit • 10 bit • 12 bit • 15 bit • 16 bit • 18 bit • 22 bit • 24 bit • 25 bit • 26 bit • 27 bit • 31 bit • 32 bit • 33 bit • 34 bit • 36 bit • 39 bit • 40 bit • 48 bit • 50 bit • 60 bit • 64 bit • 128 bit • 256 bit • 512 bit • bit variable
• Ejecución (ciclo de instrucción)	• Segmentación (pipelining): Bubble, Operand forwarding • Ejecución fuera de orden (out-of-order): Renombre de registros • Ejecución especulativa: predictor de saltos (branch predictor), predicción de dependencia de memoria • Riesgo (Hazards)
• Computación paralela	• Paralelismo a nivel de Bit: bit-serial, palabra • Paralelismo a nivel de Instrucción: escalar, superescalar • Paralelismo de Datos: vector • Paralelismo a nivel de Memoria (MLP) • Paralelismo a nivel de Tareas: hilo de ejecución (thread)
• Multihilo	• Temporal multithreading • Simultaneous multithreading: HyperThreading
• Taxonomía de Flynn	• SISD • SIMD • MISD • MIMD (SPMD) • Modos de direccionamiento (addressing mode)
• Tipos	• Procesador digital de señales (DSP) • GPGPU • Microcontrolador • Unidad de procesamiento físico (PPU) • System on a chip (SoC) • Celular (cellular architecture)
• Componentes	• Unidad de generación de direcciones (address generation unit o AGU) • Unidad aritmético lógica (UAL o ALU) • Barrel shifter • Unidad de coma flotante (floating-point unit o FPU) • Bus trasero (back-side bus): multiplexor, demultiplexor • Registros • Unidad de gestión de memoria (MMU) • Translation lookaside buffer (TLB) • Caché de CPU • Archivo de registro (register file) • Microcódigo • Unidad de Control (CU) • Frecuencia de reloj (clock rate)
• Gestión de energía	• APM • ACPI • Escala de frecuencia dinámica (Dynamic frequency scaling) • Escala de tensión dinámica (Dynamic voltage scaling) • Gating de reloj (clock gating)
• Seguridad por hardware de CPU	• NX bit • Restricción de hardware (firmware) • Trusted Execution Technology (Intel TXT) • Critoprocesador seguro (Secure cryptoprocessor) • Módulo de seguridad de hardware (HSM) • Hengzhi chip