El ordenador y sus componentes. La CPU | 8/48 | UPV

Summary

En este video se explica de manera detallada cómo funciona la CPU (Unidad Central de Procesamiento) de un ordenador. Se describe su construcción en obleas de silicio, la evolución de la miniaturización de transistores y la Ley de Moore, que predice la duplicación de los componentes cada 18 meses. Además, se abordan los mecanismos internos de la CPU, como la decodificación de instrucciones, la ALU (Unidad Aritmético Lógica) y el rendimiento de la CPU, destacando factores como la velocidad del reloj, la longitud de palabra y el uso de múltiples núcleos. Se concluye con una mención a las principales marcas como Intel y AMD, y la tecnología ARM utilizada en dispositivos móviles.

Takeaways

• 😀 La CPU es el cerebro del ordenador, ejecuta instrucciones de programas almacenadas en la memoria.
• 😀 Las CPUs modernas contienen miles de millones de transistores, y la miniaturización de estos componentes ha avanzado gracias a la ley de Moore.
• 😀 La ley de Moore predice que el número de componentes en un circuito integrado se duplica cada 18 meses, pero se espera que esta tendencia se detenga en las próximas dos décadas.
• 😀 La fabricación de CPUs está pasando de tecnologías de 22 y 14 nanómetros a 7 nanómetros, con los transistores cada vez más pequeños.
• 😀 Un nanómetro es increíblemente pequeño, aproximadamente diez veces más pequeño que un virus y cincuenta veces mayor que un átomo de silicio.
• 😀 La CPU solo ejecuta instrucciones simples como comparaciones y operaciones aritméticas, pero es el software quien da lugar a tareas complejas.
• 😀 Una CPU moderna puede manejar interrupciones para atender a periféricos o tareas urgentes, lo que da la impresión de que ejecuta múltiples procesos a la vez.
• 😀 El rendimiento de una CPU depende de varios factores, siendo la velocidad del reloj (frecuencia) uno de los más importantes, aunque no es el único.
• 😀 La velocidad del reloj, medida en gigahercios, indica cuántas operaciones puede realizar una CPU por segundo, pero también depende de factores como la temperatura.
• 😀 Otros mecanismos para aumentar el rendimiento incluyen el tamaño de palabra (más bits procesados a la vez) y la cantidad de núcleos (procesadores) dentro de una CPU.
• 😀 Las tecnologías como el Hyper-Threading permiten que una CPU ejecute dos hilos de programa simultáneamente en un solo núcleo, aumentando la eficiencia.
• 😀 Las principales empresas que dominan el mercado de CPUs para ordenadores son Intel y AMD, mientras que los procesadores ARM dominan en dispositivos móviles, fabricados por empresas como Qualcomm y Samsung.

Q & A

¿Qué es la CPU y qué función cumple en un ordenador?

La CPU (Unidad Central de Procesamiento) es el circuito integrado que ejecuta las instrucciones de los programas almacenados en la memoria del ordenador. Se considera el cerebro del ordenador, ya que controla su funcionamiento general.

¿Cómo se fabrican las CPUs modernas?

Las CPUs se fabrican a partir de obleas de silicio. Cada oblea puede contener entre 500 y 1,000 procesadores, y las CPUs modernas incluyen miles de millones de transistores, gracias a los avances en la miniaturización de los componentes.

¿Qué predijo Gordon Moore en 1965 y cómo se ha cumplido?

Gordon Moore formuló la Ley de Moore, que predice que el número de componentes en un circuito integrado se duplica aproximadamente cada 18 meses. Esta ley se ha cumplido durante varias décadas, impulsada por avances tecnológicos en la fabricación de microprocesadores.

¿Qué es la Ley de Moore y cómo ha impactado la evolución de los procesadores?

La Ley de Moore establece que el número de transistores en un chip se duplica cada 18 meses. Esta predicción ha permitido la evolución de los procesadores, incrementando su capacidad de procesamiento de manera exponencial durante años.

¿Por qué la miniaturización de componentes en los procesadores se ha estancado?

Aunque la miniaturización de los componentes ha sido clave en el aumento de la capacidad de los procesadores, se ha llegado cerca del límite físico. Manejar componentes a escalas por debajo del tamaño de un átomo de silicio es extremadamente difícil, lo que dificulta seguir reduciendo el tamaño de los transistores.

¿Cómo funciona una CPU para ejecutar instrucciones?

La CPU ejecuta instrucciones en varios pasos: primero lee la instrucción desde la memoria, luego la decodifica, carga los datos necesarios en los registros, realiza una operación aritmética o lógica, y finalmente guarda los resultados en la memoria principal. También puede manejar interrupciones para atender otros procesos.

¿Qué es el rendimiento de una CPU y qué factores lo afectan?

El rendimiento de una CPU depende de varios factores, entre los cuales destacan la velocidad de reloj, el número de núcleos, la longitud de palabra y tecnologías como el hyper-threading. La velocidad del reloj se mide en hercios (Hz) y determina cuántos ciclos de reloj se ejecutan por segundo.

¿Qué es el hyper-threading y cómo mejora el rendimiento de la CPU?

El hyper-threading es una tecnología que permite que un único núcleo de procesador ejecute dos hilos de programa de forma simultánea, lo que da la impresión de que la CPU tiene más núcleos y, por lo tanto, puede ejecutar más instrucciones en paralelo, mejorando el rendimiento sin aumentar la velocidad del reloj.

¿Cuál es la diferencia entre los procesadores de Intel y AMD?

Tanto Intel como AMD fabrican procesadores compatibles con los mismos juegos de instrucciones. Intel tiene familias como i3, i5, i7 y procesadores Xeon para estaciones de trabajo, mientras que AMD ofrece procesadores como los Athlon y Opteron para similares usos en servidores y estaciones de trabajo.

¿Cómo influye la temperatura en el rendimiento de la CPU?

A medida que la velocidad del reloj de la CPU aumenta, también lo hacen los problemas relacionados con la temperatura. Los transistores miniaturizados generan más calor, lo que puede afectar la estabilidad y el rendimiento del procesador. Por ello, el crecimiento en la frecuencia de reloj se ha ralentizado, mientras que otras tecnologías optimizan el rendimiento sin aumentar la temperatura.