Unidad Central de procesamiento

Una unidad central de procesamiento ( CPU ), también llamada procesador central , procesador principal o simplemente procesador , es el circuito electrónico que ejecuta instrucciones que comprende un programa de computadora . La CPU realiza operaciones básicas de aritmética , lógica, control y entrada/salida (E/S) especificadas por las instrucciones del programa. Esto contrasta con los componentes externos, como la memoria principal y los circuitos de E/S, [1] y los procesadores especializados, como las unidades de procesamiento de gráficos (GPU).

La forma, el diseño y la implementación de las CPU han cambiado con el tiempo, pero su funcionamiento fundamental permanece casi sin cambios. Los componentes principales de una CPU incluyen la unidad aritmético-lógica (ALU) que realiza operaciones aritméticas y lógicas , los registros del procesador que suministran operandos a la ALU y almacenan los resultados de las operaciones de la ALU, y una unidad de control que organiza la obtención (desde la memoria), decodificación y ejecución de instrucciones dirigiendo las operaciones coordinadas de la ALU, registros y otros componentes.

La mayoría de las CPU modernas se implementan en microprocesadores de circuito integrado (IC) , con una o más CPU en un solo chip IC de semiconductor de óxido de metal (MOS). Los chips de microprocesador con varias CPU son procesadores de varios núcleos . Las CPU físicas individuales, los núcleos del procesador , también pueden ser multiproceso para crear CPU virtuales o lógicas adicionales. [2]

Un IC que contiene una CPU también puede contener memoria , interfaces periféricas y otros componentes de una computadora; estos dispositivos integrados se denominan microcontroladores o sistemas en un chip (SoC).

Los procesadores de matriz o los procesadores vectoriales tienen varios procesadores que funcionan en paralelo, sin que ninguna unidad se considere central. Las CPU virtuales son una abstracción de recursos computacionales agregados dinámicos. [3]

Las primeras computadoras, como la ENIAC , tenían que volver a cablearse físicamente para realizar diferentes tareas, lo que provocó que estas máquinas se llamaran "computadoras de programa fijo". [4] El término "unidad central de procesamiento" ha estado en uso desde 1955. [5] [6] Dado que el término "CPU" generalmente se define como un dispositivo para la ejecución de software (programa de computadora), los primeros dispositivos que podrían llamarse con razón CPU llegó con el advenimiento de la computadora de programa almacenado .

Lado inferior de un Intel 80486DX2 , mostrando sus pines
EDVAC , una de las primeras computadoras con programa almacenado
Procesador IBM PowerPC 604e
Placa Fujitsu con procesadores SPARC64 VIIIfx
CPU, memoria central e interfaz de bus externo de un DEC PDP-8 /I, hechos de circuitos integrados de mediana escala
Troquel de un microprocesador Intel 80486DX2 (tamaño real: 12 × 6,75 mm) en su embalaje
CPU Intel Core i5 en una placa base de computadora portátil Vaio serie E (a la derecha, debajo del tubo de calor )
Dentro de la computadora portátil, con la CPU extraída del zócalo
Diagrama de bloques de una computadora básica con CPU monoprocesador. Las líneas negras indican flujo de datos, mientras que las líneas rojas indican flujo de control; las flechas indican las direcciones de flujo.
Representación simbólica de una ALU y sus señales de entrada y salida
Una palabra de seis bits que contiene la representación codificada en binario del valor decimal 40. La mayoría de las CPU modernas emplean tamaños de palabra que son una potencia de dos, por ejemplo, 8, 16, 32 o 64 bits.
Modelo de una CPU subescalar, en la que se necesitan quince ciclos de reloj para completar tres instrucciones
Tubería básica de cinco etapas. En el mejor de los casos, esta canalización puede mantener una tasa de finalización de una instrucción por ciclo de reloj.
Una canalización superescalar simple. Al obtener y enviar dos instrucciones a la vez, se pueden completar un máximo de dos instrucciones por ciclo de reloj.