Los procesadores se encuentran en muchos dispositivos electrónicos modernos, como ordenadores, teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos de mano. Su propósito es recibir entradas en forma de instrucciones de programa y ejecutar trillones de cálculos para proporcionar la salida con la que el usuario interactuará.
Un procesador incluye una unidad de control y lógica aritmética (CU), que mide la capacidad en términos de lo siguiente:
- Capacidad de procesar instrucciones en un momento dado.
- Número máximo de bits/instrucciones.
- Velocidad de reloj relativa.
Cada vez que se realiza una operación en un ordenador, como cuando se modifica un archivo o se abre una aplicación, el procesador debe interpretar las instrucciones del sistema operativo o del software. Dependiendo de sus capacidades, las operaciones de procesamiento pueden ser más rápidas o más lentas, y tienen un gran impacto en lo que se llama la «velocidad de procesamiento» de la CPU.
Cada procesador está constituido por una o más unidades de procesamiento individuales llamadas «núcleos». Cada núcleo procesa las instrucciones de una única tarea informática a una determinada velocidad, definida como «velocidad de reloj» y medida en gigahercios (GHz). Dado que aumentar la velocidad de reloj más allá de un determinado punto resultaba técnicamente demasiado difícil, los ordenadores modernos tienen ahora varios núcleos de procesamiento (doble núcleo, cuádruple núcleo, etc.). Trabajan juntos para procesar las instrucciones y completar múltiples tareas al mismo tiempo.
Los ordenadores modernos de sobremesa y portátiles tienen ahora un procesador separado para manejar la representación gráfica y enviar la salida al dispositivo de monitorización. Dado que este procesador, la GPU, está diseñado específicamente para esta tarea, los ordenadores pueden manejar todas las aplicaciones que son especialmente intensivas en gráficos, como los videojuegos, de forma más eficiente.
Un procesador se compone de cuatro elementos básicos: la unidad aritmética lógica (ALU), la unidad de coma flotante (FPU), los registros y las memorias caché. La ALU y la FPU realizan operaciones aritméticas y lógicas básicas y avanzadas sobre los números, y luego los resultados se envían a los registros, que también almacenan instrucciones. Las cachés son memorias pequeñas y rápidas que almacenan copias de datos para su uso frecuente, y actúan de forma similar a una memoria de acceso aleatorio (RAM).
La CPU realiza sus operaciones a través de los tres pasos principales del ciclo de instrucciones: fetch, decodificación y ejecución.
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Fetch: la CPU recupera instrucciones, normalmente de una RAM.
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Decodificar: un decodificador convierte la instrucción en señales para los demás componentes del ordenador.
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Ejecutar: las instrucciones ahora decodificadas se envían a cada componente para que se pueda realizar la operación deseada.