El procesador es la parte del ordenador que ejecuta los programas, o lo que es lo mismo, los programas le dicen qué tiene que hacer. Esto se hace mediante la ejecución de instrucciones cuya función puede ser desde sumar dos números hasta acceder a un dispositivo de hardware. Las operaciones aritmético-lógicas no son más que cuentas matemáticas que se encargan de calcular el resultado que pida algún programa. Los datos que recibe el procesador y los resultados que arroja son ilegibles para las personas, por lo que hacen falta dispositivos de entrada/salida que de alguna forma traduzcan esta información tanto desde la persona a la máquina como de la máquina a la persona. Este hardware que traduce la información también está controlado por el procesador. Todo lo que vemos en las pantallas de nuestro ordenador, escuchamos por los altavoces, etc, es “creado” directa o indirectamente por el procesador de nuestro ordenador. Por ejemplo, si estamos escuchando una canción en mp3, el procesador se encarga de decodificarla (descomprimirla principalmente) y acceder a la tarjeta de sonido para decirle qué tiene que hacer en cada momento. Si estamos jugando a algún juego es el procesador el que, en función de la tecla que estamos pulsando o del movimiento del ratón, mandará a la tarjeta gráfica lo que tiene que hacer para que esta pueda representar las imágenes en la pantalla. Y así ocurre con todo el hardware del ordenador. Un procesador no es más que un director de orquesta que se encarga de controlar qué hacen y qué dejan de hacer las distintas partes del ordenador en función de un conjunto de instrucciones que le dicen qué debe hacer (los programas).
Funcionamiento
El procesador (denominado CPU, por Central Processing Unit) es un circuito electrónico que funciona a la velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a una corriente eléctrica, envía pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (también denominada ciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal ), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la placa madre.
Con cada pico de reloj, el procesador ejecuta una acción que corresponde a su vez a una instrucción o bien a una parte de ella. La medida CPI (Cycles Per Instruction o Ciclos por Instrucción) representa el número promedio de ciclos de reloj necesarios para que el microprocesador ejecute una instrucción. En consecuencia, la potencia del microprocesador puede caracterizarse por el número de instrucciones por segundo que es capaz de procesar. Los MIPS (millions of instructions per second o millones de instrucciones por segundo) son las unidades que se utilizan, y corresponden a la frecuencia del procesador dividida por el número de CPI.
Instrucciones
Una instrucción es una operación elemental que el procesador puede cumplir. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por el procesador. Las instrucciones poseen dos campos:
- el código de operación, que representa la acción que el procesador debe ejecutar;
- el código operando, que define los parámetros de la acción. El código operando depende a su vez de la operación. Puede tratarse tanto de información como de una dirección de memoria.
Código de Operación | Campo de Operación |
El número de bits en una instrucción varía de acuerdo al tipo de información (entre 1 y 4 bytes de 8 bits).
Las instrucciones pueden agruparse en distintas categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes:
- Acceso a Memoria: acceso a la memoria o transferencia de información entre registros.
- Operaciones Aritméticas: operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación.
- Operaciones Lógicas: operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc.
- Control: controles de secuencia, conexiones condicionales, etc
Metodos de direccionamiento
Se habla de direccionamiento en una instrucción al modo de indicar en la misma el lugar donde está situado el dato que va a intervenir en ella. Los direccionamientos utilizados en Las instrucciones son Los siguientes:
- Direccionamiento inmediato: en él, el dato a utilizar se halla en la propia instrucción, en el acumulador o en la pila.
- Direccionamiento directo: en este caso la instrucción contiene la dirección de memoria central donde se encuentra el dato.
- Direccionamiento indirecto: la instrucción contiene la dirección de memoria central donde se encuentra la dirección de memoria que contiene el dato.
- Direccionamiento indexado: en el la dirección de memoria central donde se encuentra el dato, se obtiene sumándole a la dirección que lleva la instrucción una cantidad, que se encuentra en un registro especial llamado índice.
Velocidad
Actualmente se habla de frecuencias de Gigaherzios (GHz.), o de Megaherzios (MHz.). Lo que supone miles de millones o millones, respectivamente, de ciclos por segundo.Sin embargo, la capacidad de un procesador no se puede medir solamente en función de su 'frecuencia de reloj', sino que interviene también la cantidad de instrucciones que es capaz de gestionar a la vez ('juego de instrucciones'), y lo que se conoce como 'ancho de bus' (cantidad máxima de información en bruto transmisible) que se mide en bits. Un bit es una pareja del tipo '0/0', '0/1', '1/1' o '1/0' en el código binario: cuantos más bits admita el 'ancho de bus', códigos más largos de ceros y unos se pueden procesar. Esta capacidad viene determinada por el número de transistores, pero también por los sucesivos niveles de memoría que se sitúan cerca de
Son los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU:
La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible, mientras que ICP depende de varios factores, como el grado de supersegmentación
La cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles, entre otros. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones.