¿Qué es una CPU?

La CPU, unidad central de proceso o procesador, no es más que el cerebro de nuestro ordenador. Generalmente es un único circuito integrado (chip) que lleva a cabo la función de ejecutar las instrucciones contenidas en los programas informáticos. Aunque se dice de él que es "el cerebro del ordenador" en realidad no piensa, su funcionamiento se basa en el cálculo y manejo de números en código binario a una gran velocidad, llamada velocidad de proceso.

Este componente se instala en la placa base y alrededor suyo se monta el resto, que formará parte de la electrónica del ordenador. Por tanto podemos decir que la CPU es el maestro de orquesta que dirige todos los demás componentes del ordenador para que funcionen correctamente, en el momento adecuado.

En la arquitectura PC los procesadores que se utilizan son los llamados x86, cuyo primer modelo fué el i8086 diseñado por Intel y data de finales de la década de 1970. Inicialmente era una arquitectura de 16bits y en la actualidad la mayoría son de 64bits por lo que la denominación ahora es x86-64. A finales de 1980 se creó la generación de 32bits que está hoy en día obsoleta, siendo denominada también como x86 simplemente (aunque algunos autores la denominan x86-32).

Decir que un procesador es de 16bits significa que tanto el bus de datos como la unidad interna (dónde se ejecutan las instrucciones) tienen 16bits de ancho. Eso significa que se puede enviar al interior del procesador información en bloques de 16bits (2 bytes), lo que hace que sea en ese sentido el doble de eficiente que uno de solo 8bits. Esto no siempre es así, pues conforme avanzaba la tecnología de los procesadores las unidades internas aumentaban para poder realizar cálculos más grandes, mientras que los buses mantenían su tamaño. Esto dio como resultado procesadores con 16bits en el bus de datos y 24/32bits internos (o incluso más). Por eso cuando se indica que un procesador es de X bits significa que el bus de datos es de ese tamaño, sin importar como está diseñado el interior. Como digo, las tecnologías actuales se basan casi exclusivamente en procesadores de 64bits, lo que significa que son capaces de enviar o recibir datos en bloques de 64bits, aumentando considerablemente su velocidad de proceso.

Partes de un procesador

No voy a entrar en detalle de las diferentes partes que componen el interior de un procesador. Solamente decir que de cara al exterior el procesador se comunica con el resto de componentes a través de lo que se llama "bus", como ya he comentado, que no es más que una autopista por donde circula la información hacia dentro o hacia fuera. Hay varios con funciones muy concretas, siendo los más importantes el bus de datos, por donde circularán datos que entran o salen del procesador, y el bus de direcciones, que determina en que posición de memoria hay que trabajar (leer o escribir a esta).

A grandes rasgos el interior del procesador está dividido en dos partes. Una es la unidad de proceso, donde se produce la ejecución de las diferentes instrucciones y cálculos matemáticos corrientes. La otra es lo que se llama en inglés la ALU (unidad aritmético-lógica o unidad de lógica aritmética, ULA en español), que no es más que una calculadora muy sofisticada capaz de realizar cálculos matemáticos muy potentes con números enormes. En los inicios la ULA se instalaba en el ordenador como un chip a parte, que complementaba a la CPU, conocido como "coprocesador matemático". En la actualidad, desde la generación de los i80486 de principios de 1990, está integrada en el mismo encapsulado de la CPU formando una unidad inseparable capaz de realizar los cálculos más complejos que podamos imaginar con un mínimo esfuerzo.

Diferentes modelos en el mercado

En cualquier momento se pueden encontrar en el mercado varios modelos diferentes de procesadores, cada uno con su propio precio. Generalmente, no siempre, el precio es sinónimo de potencia, es decir, cuanto más caro mayor potencia y por tanto formará parte de un ordenador también más potente en líneas generales.

En las décadas de 1980 y 1990 existían en el mercado varios fabricantes que competían con sus procesadores compatibles, pero en la actualidad se reparte casi en su totalidad entre los modelos de las compañías Intel, desarrolladora inicial, y AMD. Otros fabricantes producen versiones menos potentes, por lo que tienen menos cuota de mercado, pero en cambio están bien posicionados en el sector de procesadores de bajo consumo eléctrico, que también tienen un uso específico.

Por eso en esta pequeña guía no se encontrará referencia a ningún modelo concreto para no dar publicidad a las marcas, a parte que estos tienen muy poca vida en el mercado pues son sustituidos por las nuevas hornadas en muy poco tiempo. En ocasiones alguno ha sido descatalogado después de comercializarse durante 1 ó 2 años solamente (a veces incluso menos).

¿Socket? ¿Qué socket?

El zócalo o socket en inglés no es más que un conector donde encaja el procesador. Los hay de varios tipos, muchos ya no se utilizan, por lo que la elección del procesador debe ir conjuntado con la placa base pues este debe encajar perfectamente en el zócalo correspondiente. Para determinados modelos de CPU existen adaptadores que permiten conectar estas a otros zócalos diferentes, ya que la mayoría de los conectores (pin) son compatibles pero están ordenados de manera diferente.

Normalmente conviven en el mercado varios modelos de zócalos simultáneamente, por lo que lo único importante es elegir la placa base adecuada al procesador que se escoja. Los hay de diferente tipo, cada uno con su nomenclatura correspondiente (LGA, PGA...), que han sido cambiados con el tiempo con el fin de mejorar sus prestaciones, aunque en la realidad pocas diferencias hay entre unos y otros en cuanto a su funcionamiento.

¿Que procesador necesito?

A la hora de diseñar una CPU los fabricantes tienen dos líneas de desarrollo: Los procesadores de uso general, o "normales", y los de alto rendimiento o altas prestaciones. También podemos dividirlos en domésticos y profesionales, aunque la anterior división se entremezcla en esta.

Los procesadores de uso general son aquellos que se montan en la mayoría de los equipos domésticos y de oficina, sean portátiles o sobremesa. Tienen un amplio abanico de prestaciones, desde los que tienen un moderado rendimiento hasta los que lo tienen bastante potenciado, rivalizando a veces con los de alto rendimiento. Suelen tener un buen desempeño en cálculo matemático y podemos decir, a modo de comparación, que son calculadoras en potencia. Su principal baza es una gran velocidad de proceso. Los precios pueden variar bastante entre modelos y marcas.

Los procesadores de alto rendimiento son aquellos que producen un gran desempeño, debido a que generalmente les lleva menos tiempo ejecutar las instrucciones en código máquina que los procesadores corrientes, lo que produce un aumento de potencia en la ejecución de los programas. Los buses de dirección y de datos son también más anchos y rápidos, lo que permite mover mayor cantidad de información en menos tiempo. Aunque en líneas generales no son tan rápidos como los procesadores corrientes, sus características hacen que en determinados trabajos sean más eficientes, siendo ideales para la arquitectura de equipos servidores donde se necesita el máximo desempeño a la hora de procesar y transmitir información. Los precios son siempre muy elevados, quedando la mayoría de las veces fuera del alcance de un usuario corriente.

Las marcas que fabrican procesadores de bajo consumo, como Via, tienen menor cuota de mercado por que estos son menos potentes. Eso no quiere decir que no sean válidos, simplemente se adaptan a ciertas arquitecturas donde el consumo es primordial. Suelen tener una muy buena relación en potencia/consumo, lo que los convierte en algunas ocasiones en una mejor elección que un procesador de portátil o en tamaños de ordenadores muy reducidos.

Velocidad y potencia del procesador

La velocidad del procesador se expresa en la actualidad con la unidad de medida GigaHercio, abreviado como GHz. Giga significa en griego "gigante", que en el sistema internacional es el número 10⁹, es decir 1 000 000 000 (mil millones). Hercio es una unidad de medida que mide las vibraciones (frecuencias). Por tanto GigaHercio representa vibraciones de mil millones de estas por segundo. Por ejemplo si decimos que un procesador tiene una velocidad de 2.5 GHz significa que su funcionamiento interno genera 2 500 000 000 ciclos de proceso por segundo.

En términos de electrónica, los procesadores están conectados a lo que se llama un reloj, que no es más que un componente electrónico que produce una vibración, que se traduce en pulsos o ciclos por segundo para el procesador. Internamente este realiza sus funciones por ciclos, como si fueran los pasos de un corredor o la maquinaria de un reloj mecánico. Cada función interna necesita de una cierta cantidad de ciclos, es decir, una instrucción de programa tiene un número concreto de ciclos, pulsos o vibraciones del reloj para ejecutarse y todas las instrucciones necesitan de una cantidad diferente.

Para medir la verdadera potencia de un procesador hay que determinar cuantas instrucciones por segundo puede ejecutar, y esto es algo muy complicado. Los primeros procesadores de las décadas de 1970 y 1980 ejecutaban una instrucción en varios ciclos de reloj, pero los actuales son capaces de ejecutar una o varias instrucciones simultáneamente en un solo ciclo dependiendo de ciertas condiciones. Por ello podemos decir que los antiguos procesadores ejecutaban una cierta cantidad de instrucciones por segundo que era una fracción de los hercios del reloj del sistema; los procesadores actuales son capaces de acercarse a los ciclos por segundo e incluso superar esa cantidad bajo ciertas condiciones, dependiendo del modelo de procesador.

Sabiendo que incluso en la actualidad las instrucciones se ejecutan en una cantidad de ciclos variable, que depende del modelo y fabricante, los cálculos de cuantas instrucciones por segundo es capaz de ejecutar un procesador concreto depende de una media aritmética que se calcula de una manera determinada. Aunque hay varios programas, con diferentes métodos de análisis, la comparación entre diferentes modelos de procesadores debe hacerse siempre con el mismo software, para garantizar un resultado óptimo. Aquí es cuando la picaresca de los fabricantes entra en juego, ya que alguno de estos programas beneficia deliberadamente a una marca o modelos de procesadores, haciéndose muy difícil obtener resultados verdaderamente reales.

Tradicionalmente los procesadores de la marca Intel suelen tener una mayor potencia cuando se utiliza la ULA. En cambio los de la marca AMD suelen igualar (a veces superar) en otros procesos. En la actualidad la mayoría de programas sacan ventaja al utilizar la ULA, por lo que se ha vuelto obligatorio su uso, siendo Intel la que produce en determinado tipo de software una mayor eficiencia en la ejecución, como en los paquetes ofimáticos tipo Microsoft Office. Sin embargo en otros programas no se nota tanto beneficio y en general los resultados son siempre muy parejos.

Desde hace varios años se comercializan modelos que integran más de una unidad de procesamiento en su interior. Eso significa, a grandes rasgos, que hay más de un procesador funcionando simultáneamente. Los hay de 2, 3, 4, 6 y 8 (incluso más) núcleos o procesadores que son capaces de ejecutar bastantes más instrucciones por segundo de lo que haría uno solo. Esto es lo que se llama "procesamiento multihilo", donde cada procesador interno es un "hilo" o unidad de ejecución. Pero para ello hace falta que el software esté preparado o de lo contrario no se producirán mejoras en potencia, que incluso a veces se degrada. Aquí se nota también una significativa diferencia entre marcas. Según ciertos autores, AMD tiene un mejor desempeño en el procesamiento multihilo frente a los modelos de Intel, aunque resulta bastante fácil optimizar el código de programa para que obtenga mayor potencia en una marca u otra, por lo que en el mercado hay de todo.

APU. Procesador y algo más

Una APU no es más que una CPU unida de una manera especial con una tarjeta de video en el mismo encapsulado (chip). En apariencia se trata de una CPU, pero integra una completa tarjeta gráfica que permite reducir el tamaño del ordenador a la par que también el consumo eléctrico, aumenta las prestaciones de los gráficos y se ahorra en el coste de los componentes.

Es una muy buena opción para montar equipos de bajas/medias prestaciones. En cuanto a la parte de CPU se comporta casi de manera idéntica a una normal, pero en cuanto a la parte gráfica suele tener mejores prestaciones que las mismas versiones de tarjetas externas ya que la velocidad de comunicación entre ambas partes aumenta considerablemente. Además la memoria para gráficos puede aumentarse hasta cierto tamaño simplemente añadiendo más cantidad a la del sistema, pues la misma es compartida por ambas partes.

En la actualidad este tipo de sistemas llegan hasta unas prestaciones medias, ya que la parte gráfica no es de alto rendimiento. Los fabricantes han publicitado que de cara al futuro esto se potenciará aún más, pues consideran que hay suficiente cuota de mercado como para seguir desarrollando más y mejores APU's.

Como nota curiosa decir que ciertas arquitecturas, como los utilizados en teléfonos móviles, tabletas y ciertos ordenadores, utilizan este tipo de procesadores que permiten reducir los tamaños, el consumo y el calor generado de una manera muy eficiente.

Dado que el precio de este tipo de procesadores es el más bajo del mercado, sobre todo determinados modelos, son ideales para configurar equipos de bajo presupuesto, a veces con prestaciones intermedias, con un rendimiento más que aceptable.

Conclusiones

Aunque se puede encontrar opiniones para todos los gustos, detractores y fanáticos de una marca u otra, la verdad es que para la mayoría de los usos las diferencias entre estas no son tan pronunciadas. Mientras Intel parece tener algo más de potencia en procesos generales, AMD tiene otras ventajas que lo hacen equipararse en la práctica, siendo tan válida una marca como la otra. En cuanto a precio hay bastantes diferencias entre marcas y modelos, siendo Intel normalmente más cara que AMD a igualdad de prestaciones.

A la hora de elegir una APU si que hay diferencia. Intel integra sus propios modelos de gráfica que son bastante menos potentes que las de AMD, aunque van recortando terreno con el tiempo. En la actualidad AMD tiene modelos más potentes en la parte gráfica que, unido a un menor precio, hace que sean por mucho los más rentables a la hora de configurar un equipo con esta tecnología.

Los procesadores de otras marcas, como Via, no son tan potentes y no pueden competir en este aspecto con las dos grandes. Sin embargo permiten unas configuraciones muy concretas, donde son especialistas en tamaños muy pequeños y de bajo consumo, como la norma Mobile-ITX.