PROCESADORES

Todas estas técnicas lo que tratan es de mejorar el IPC es decir la capacidad del procesador de ejecutar más instrucciones en la misma cantidad de tiempo.

¿Cómo funciona un procesador?

El procesador, también conocido como CPU o micro, es el cerebro del PC. Sus funciones principales incluyen la ejecución de las aplicaciones y la coordinación de los diferentes dispositivos que componen el equipo.

En realidad, no es más que una pequeña pastilla de silicio la cual está recubierta de lo que llamamos encapsulado. Este se inserta en la placa base sobre un conector que se denomina socket, aunque en un laptop o portátil lo normal es que se suelde directamente. Existen tres modelos de encapsulado, PGA, LGA y BGA.

La placa se convierte así en la encargada de la conexión con los restantes dispositivos del equipo, como son la memoria RAM, la tarjeta gráfica o el disco duro usando para ello un conjunto de circuitos y chips denominado chipset.

El procesador es uno de los elementos del PC que más ha evolucionado, tanto en su proceso de fabricación, como en su arquitectura interna.

Gracias a estas mejoras, se han podido incluir más bloques funcionales en su interior. En un principio fue el controlador de memoria, después la tarjeta gráfica y en un futuro muy cercano, pasaremos del concepto de procesador a lo que se denomina SOC, es decir, un chip con todos los elementos de la placa base en su interior.

¿Qué componentes tiene un procesador?

Ten en cuenta que no todos son iguales pero la mayoría de ellos incluyen entre otros elementos:

Núcleos. Un núcleo no es más que un procesador en miniatura. Al tener varios es posible acelerar ciertos tipos de aplicaciones y evitar bloqueos.

Cache. La memoria cache es el elemento del sistema de memoria de un PC que se encuentra en el interior del micro, se usa para acelerar la velocidad de los accesos a la RAM.

La cache se encuentra, a su vez, organizada en varios niveles cada uno más lento y grande que el anterior. Será tarea del micro dejar los datos que más se usen lo más cerca posible para así acelerar todo el sistema.

Controlador de memoria. Este fue uno de los primeros elementos que se integro consiguiendo acelerar el acceso la memoria RAM. Esto tiene un inconveniente y es que sólo puedes usar el tipo de memoria para la que tu procesador este preparado.

Esto no ocurría antes que la memoria dependía de la placa base y no era raro que esta estuviera preparada para poder funcionar con varios tipos de memoria RAM.

Tarjeta gráfica. Si integran este componente ya no hablamos de CPUs sino de APUs. Ya no estaríamos ante un micro convencional si no ante un hibrido entre procesador y tarjeta gráfica. En la actualidad y parece que en desarrollos futuros casi todos los micros con los que te encuentres serán de este tipo.

La inclusión de este elemento es muy atractiva ya que las tarjetas gráficas están compuestas de pequeños núcleos en su interior que pueden usarse para acelerar cierto tipo de aplicaciones que al pasar al interior del micro pueden hacer su trabajo de una forma mucho más eficiente.

Otros elementos. Los micros han incorporado aún mas funcionalidad que antes se encontraba sobre la placa base. Por ejemplo, el controlador de PCI Express, aumentando la velocidad con la que el micro es capaz de comunicarse, por ejemplo, con una tarjeta gráfica discreta.

Todo el sistema está gobernado por un reloj que se usa para sincronizar los diferentes bloques funcionales. La velocidad a la que este cambia de estado se denomina frecuencia de funcionamiento y está relacionada con la capacidad de cómputo del sistema.

El funcionamiento de un procesador se puede dividir en las siguientes etapas:

Se lee una instrucción de memoria. El conjunto de instrucciones de cualquier procesador actual incluye más de mil diferentes y va creciendo con el tiempo. Se añaden para mejorar la velocidad de procesamiento de ciertas aplicaciones.

Se buscan los datos. Algunas instrucciones necesitaran de datos para realizar sus cálculos que pueden no encontrarse dentro del procesador y tendrán que buscarse por tanto en el sistema de memoria.

Se realiza la operación. Una vez que se tiene todo se ejecuta la operación, para esto puede ser necesario el trabajo de varios bloques como la unidad aritmética lógica o la de punto flotante.

Se pasa a la siguiente instrucción. Que no es siempre la que se encuentra a continuación en la memoria. Muchas instrucciones pueden cambiar el flujo del programa y permitir saltos o repetir ciertas acciones hasta que se cumpla una determinada condición.

Una de las técnicas más usadas para aumentar la velocidad incluye la ejecución de instrucciones fuera de orden intentando optimizar el uso de los bloques funcionales. En estos procesadores se ejecutan las operaciones cuando están sus datos y no en el orden en que fueron escritas. Esto por supuesto lleva a una arquitectura más compleja que debe de controlar que los resultados sean coherentes.

Otra de las mejoras es el predictor de saltos. Este elemento trata de acertar si en una determinada operación se va a producir una bifurcación en el código o no. De esta forma puede ejecutar las instrucciones de una determinada rama incluso antes de saber si se va a producir un salto a ella.