Tipos y velocidades de procesadores

El microprocesador es el componente del ordenador personal que realiza el procesamiento real de los datos. Es una unidad central de procesamiento (CPU) que cabe en un microchip, y posee un circuito de conmutación muy complejo que ejecuta instrucciones simples muy rápidamente.

El paquete de circuitos integrados del microprocesador contiene un chip de silicio que contiene millones de transistores y otros componentes fabricados en este material. Debido a que los transistores del chip son muy pequeños, incluso una pequeña cantidad de corriente de alto voltaje (como la electricidad estática) podría destruir un chip.

Por este motivo, todos los circuitos integrados a gran escala deben manejarse de forma que se reduzca al mínimo la posibilidad de descargas eléctricas estáticas.

Al haber una gran cantidad de circuitos almacenados en un área tan pequeña, los microchips producen mucho calor y requieren sistemas de refrigeración para evitar que el chip se sobresaliente. En las placas base del ordenador, el chip de la CPU está cubierto por un gran disipador de calor metálico con aletas, para permitir que el flujo de aire de los ventiladores de refrigeración se lleve el calor.

En general, podemos decir que un microprocesador es una CPU integrada en un pequeño chip de silicio que consta de miles de pequeños componentes como diodos, transistores y resistencias, que trabajan juntos.

Tipos de procesadores

Tanto Intel como AMD fabrican procesadores para una variedad de sistemas. Intel fabrica las familias de procesadores Core, Pentium, Atom y Celeron para ordenadores de sobremesa, mientras que del otro lado encontramos los procesadores Athlon, Sempron y Ryzen de AMD, entre otros.

Cada procesador fabricado por Intel o AMD tiene funciones específicas y abastece a sistemas específicos, como PCs o estaciones de trabajo en una oficina. Cada procesador se adapta a un ordenador específico, ya sea ensamblado, construido desde cero o actualizado.

La CPU más comúnmente utilizada en PCs está hecha por Intel. Desde que IBM eligió el chip Intel 8088 para el PC IBM original, la mayoría de los clones de PC han utilizado alguna de las CPU de la serie Intel.

La serie de ordenadores Macintosh de Apple utilizaba originalmente la serie de microprocesadores Motorola 68000. Pero las CPUs de Motorola utilizan un conjunto de instrucciones diferente a las CPUs de Intel, por lo que no es fácil ejecutar el software de PC en un Mac y viceversa (pero transferir archivos de datos no es ningún problema).

A continuación, se explican diferentes tipos de microprocesadores.

Microprocesador 8085

Las configuraciones de este microprocesador son el bus de datos de 8 bits, el bus de direcciones de 16 bits, que puede direccionar hasta 64 kb, contador de 16 bits y puntero de pila (SP). Los registros de seis bits están dispuestos en el par de BC, DE y HL. El microprocesador 8085 requiere una fuente de alimentación de 5 voltios.

Microprocesador 8086

Este microprocesador también fue diseñado por Intel. Es un procesador de 16 bits con 20 líneas de bus de direcciones y 16 líneas de datos con almacenamiento de 1 MB. El microprocesador 8086 consiste en un potente conjunto de instrucciones, que permite realizar las operaciones como multiplicaciones y divisiones fácilmente.

El microprocesador 8086 tiene dos modos de operación, que son el modo máximo y el modo mínimo de operación. El modo de funcionamiento máximo se utiliza para el sistema que tiene varios procesadores. El modo de funcionamiento mínimo se utiliza para el sistema que tiene un único procesador. 

Velocidad de reloj en un microprocesador

La velocidad de reloj se mide en unidades de ciclos por segundo, lo que se denomina Hertz (Hz). Las placas de ordenador y las CPU funcionan a velocidades de millones y miles de millones de hertzios, megahercios (MHz) y gigahercios (GHz).

Los procesadores Intel y AMD utilizan diferentes diseños internos, por lo que comparar, por ejemplo, un procesador AMD de 2,4 GHz con un procesador AMD de 3,0 GHz indica que el procesador AMD de 3,0 GHz corre más rápido; pero comparar dos procesadores de 2,4 GHz fabricados por AMD e Intel, no establece con exactitud cuál funciona más rápido.

Para poder trabajar, el procesador hace la división de una tarea en varias etapas. Típicamente, los procesadores Intel ejecutan más cantidad de etapas y, por lo tanto, hacen más trabajo y demoran más tiempo que los procesadores AMD para finalizar las tareas.

Los chips digitales de una placa base se mantienen sincronizados entre sí por la señal de reloj (una secuencia de pulsos) de la placa base.

Velocidad de boost

Sin embargo, cuando estás buscando en el mercado un procesador, hay una lista de cosas que debes considerar. Tradicionalmente, lo único que ven la mayoría de los consumidores es su poder total de Gigahertz.

Muchas de esas personas probablemente ni siquiera saben lo que significa (es el número de ciclos de reloj que un procesador completa en un segundo, en miles de millones), pero es una cosa fácil de comparar.

Los últimos años han traído una característica adicional: la velocidad de boost. La mayoría de las unidades de procesamiento y gráficas, ahora tienen una velocidad de reloj y una “velocidad de boost”. Intel llama a esto Turbo Boost; AMD lo llama Boost Clock.

Esta nueva tecnología de los microprocesadores hace que mejore el desempeño de manera automática, aumentando la velocidad de los núcleos, logrando con esto una mejor eficiencia.

Clasificación de los microprocesadores

Básicamente se aceptan 5 clasificaciones de microprocesadores:

CISC

Las órdenes se pueden ejecutar junto con otras actividades de bajo nivel. Realiza principalmente la tarea de cargar, descargar y recuperar datos en y desde la tarjeta de memoria. Aparte de eso, también hace cálculos matemáticos complejos dentro de un solo comando.

Este procesador está diseñado para minimizar el número de instrucciones por programa e ignorar el número de ciclos por instrucciones. El compilador se utiliza para traducir un lenguaje de alto nivel al lenguaje de nivel ensamblador, porque la longitud del código es relativamente corta y se utiliza una memoria RAM adicional para almacenar las instrucciones.

Arquitectura del procesador CISC

Está diseñado para reducir el costo de la memoria, porque se requiere más almacenamiento en programas grandes, lo que resulta en un mayor costo de memoria. Para superar este número de instrucciones por programa, se puede reducir el número de instrucciones utilizando la integración de las operaciones en una sola instrucción.

RISC

RISC son las siglas de Reduced Instruction Set Computer y está diseñado para reducir el tiempo de ejecución mediante la simplificación del conjunto de instrucciones del ordenador.

Estos tipos de chips se fabrican según la función en la que el microprocesador puede realizar pequeñas tareas dentro de un comando en particular. De esta manera, completa más comandos a un ritmo más rápido.

En el microprocesador, cada conjunto de instrucciones requiere solo un ciclo de reloj para implementar el resultado en un tiempo de ejecución uniforme. Por lo tanto, reduce la eficiencia para más líneas de código, por lo que requiere una RAM adicional para almacenar las instrucciones. El compilador se utiliza para convertir el conjunto de instrucciones de lenguaje de alto nivel en un idioma informático.

Arquitectura del procesador RISC

Este tipo de procesador se utiliza para el conjunto de instrucciones altamente optimizado, y las aplicaciones del procesador RISC son para los dispositivos portátiles, debido a su eficiencia energética. Las características de este procesador se explican a continuación.

Superscalar

Este es un procesador que copia el hardware en el microprocesador para realizar numerosas tareas a la vez. Pueden ser utilizados para aritmética y como multiplicadores. Disponen de varias unidades operativas y, por lo tanto, llevan a cabo más de un comando, emitiendo de manera constante muchas instrucciones a las unidades operativas superfluas dentro del procesador.

                                       

ASIC

Se utiliza para propósitos específicos en vez de objetivos generales. Al principio, los ASIC hacían uso de la tecnología de matriz de puertas. Los ASIC modernos, con frecuencia cuentan con procesadores de 32-bit, Flash, bloques de memoria RAM, ROM, EEPROM, así como otros tipos de módulos.

DSP (Procesador Digital de Señales)

Son usados para codificar y decodificar videos o para convertir los videos digitales a analógicos y analógicos a digitales. Necesitan un microprocesador que sea excelente en cálculos matemáticos. Los chips de este procesador se emplean en sonares, radares, equipos de audio para cine en casa, teléfonos móviles y televisores.

Los componentes requeridos para este procesador son una memoria programada, memoria de datos, entrada/salida, y un motor informático. Este procesador está diseñado para procesar la señal analógica en forma digital. Este proceso se realiza a intervalos regulares y convierte la tensión en forma digital.

Las aplicaciones de este procesador son la producción de sonido y música, el procesamiento de señales de vídeo y la aceleración de gráficos 2D y 3D. El ejemplo de este procesador es el TMS320C40.

                                     

Procesadores Especiales

Los procesadores especiales están diseñados para algunos procesadores especiales y algunos de ellos se explican a continuación.

Coprocesador

Puede manejar la función práctica muchas veces más rápido que los microprocesadores normales. El ejemplo del coprocesador es el coprocesador matemático, y algunos de ellos son el 8087, que se usa con 8086; el 80287, que se usa con 80286; y el 80387, que se usa con 80386.

Procesador de entrada/salida

Este procesador tendrá su propia memoria local. Se utiliza para controlar dispositivos de E/S con la participación de la CPU. Los ejemplos del procesador de entrada/salida son control DMA, control de teclado y ratón, control de pantalla gráfica y control de puerto SCSI.

Transputer

Este procesador también tiene su propia memoria local y también tiene enlaces para conectar un transputer a otro para la comunicación entre procesadores.

El transputer se utiliza para el sistema de un solo procesador o se puede conectar a enlaces externos para reducir los costes de construcción y aumentar el rendimiento. Algunos ejemplos de este procesador son el punto flotante de procesadores como T800, T805 y T9000.

¿La velocidad es importante?

Todo factor es importante y la velocidad no iba hacer menos. Pero no podemos comparar la velocidad (GHz o MHz) entre diferentes arquitecturas. Es un error equiparar un Pentium 4 a 2.8 GHz con un Pentium de estos últimos años a la misma frecuencia. El salto evolutivo en el IPC (instructions per cycle) es abismal.

Lo más correcto sería clasificar cada procesador por su categoría. También, podemos encontrarnos casos que por tener un “presupuesto ajustado” equipe a su PC con un procesador de gama baja y vaya tirando con él hasta que actualice a uno de gama superior.

Intel Pentium & Celeron / AMD Ryzen 3 / APU

Los procesadores con esta velocidad son ideales para actividades básicas del día a día, por ejemplo: correo electrónico, navegación web, paquete de ofimática e incluso dar un gran rendimiento como centros multimedia / HTPC. En el caso de los Pentium, Ryzen 3 y APU pueden dar un gran rendimiento jugando en resolución 720p o 1080 si se le equipa con una tarjeta gráfica decente.

Intel Core i3 / AMD Ryzen 5 de cuatro núcleos

Esta gama de velocidades se adapta perfectamente a la navegación web, el trabajo con correos electrónicos, la ejecución de programas empresariales como los sistemas de gestión de pacientes y la multitarea en general. Esta categoría funciona bien para el ordenador de oficina medio o usuarios que no quieren gastarse mucho dinero en su PC Gaming pero quieren actualizar su ordenador en un futuro.

Actualmente los Intel Core i3 de octava generación tienen 4 núcleos que nos dan un plus de rendimiento (respecto a la séptima generación) y puede darnos muchas alegrías con una Nvidia GTX 1050 Ti o GTX 1060 de 3 ó 6 GB. También es interesante el AMD Ryzen 5 1400 de cuatro núcleos que trabaja muy bien como procesador 4×4. Mientras que el AMD Ryzen 5 1600 / 1600X son perfectos para gaming y hacer streaming, ya que no es muy dificil hacerles overclock a 3.9 ó 4 GHz.

Intel Core i5 / Intel Core i7 y AMD Ryzen 7

Dentro de la plataforma mainstream son los topes de gama. Si necesitas un equipo super potente, ideal para jugar a máxima exigencia, trabajar con base de datos super potentes y edición multimedia entonces necesitarás tener un ordenador de alto rendimiento.  Personalmente, los Intel Core i7 de octava generación y la serie AMD Ryzen 7 (con overclock a 3.8 ó 4 GHz) dan un rendimiento brutal para jugar y trabajar.