EL PROCESADOR O CPU

El procesador o CPU (Central Processing Unit) es el componente más importante a la hora de configurar un PC. Su función es la de procesar las instrucciones de los programas que se están ejecutando y coordinar al resto de componentes entre sí. Si elegimos un procesador poco eficiente, nuestro PC será lento independientemente de la calidad del resto de componentes que le acompañen.

A continuación encontrarás todo lo que debes saber en relación a este componente: el zócalo o socket, frecuencia de reloj, IPC, arquitectura, memoria caché niveles 1, 2 y 3, benchmarks, límites físicos...

Procesador para PC, marca Intel, modelo Skylake Core i7 6700K

EL ZÓCALO O SOCKET

 

El zócalo o socket es la zona de la placa base donde se inserta físicamente el procesador. El socket determina el procesador que se puede instalar, por lo que hay que asegurar su compatibilidad. Existen los siguientes tipos:

PGA (Pin Grid Array)

Es el tipo de socket más antiguo. Sólo dispone de los taladros pertinentes, los pines se encuentran en el procesador.

 

LGA (Land Grid Array)

Formato más moderno, en el que los pines están en la placa base y los contactos eléctricos en el procesador.

 

BGA (Ball Grid Array)

Formato poco usual, utilizado cuando se desea soldar el procesador a la placa base, de manera que éste no se pueda sustituir con facilidad.

 

Algunos sockets habituales actualmente son el LGA 1151 (también conocido como socket H4) compatible con los procesadores Intel de 8ª y 9ª generación y el AM4, compatible con los procesadores Ryzen y Athlon de AMD.

LA FRECUENCIA DE RELOJ Y EL IPC

DE UN PROCESADOR

 

La frecuencia de reloj está relacionada con la velocidad de trabajo del procesador y se mide en GHz (Gigahercios) o ciclos por segundo. Este valor no se debe utilizar para comparar de forma directa distintos procesadores, sino que simplemente es un dato de referencia para procesadores de la misma serie del mismo fabricante. Es decir, no debemos pensar que un procesador será más o menos eficiente sólo contemplando su frecuencia de reloj, sino que tendremos en cuenta otros factores como las instrucciones por ciclo, la arquitectura, la memoria caché, etc. No tenemos más que pensar en la enorme diferencia de rendimiento entre un procesador Intel i3 a 3 GHz y un Intel i9 a 3 GHz.

Las Instrucciones Por Ciclo o IPC, es el número de instrucciones que un procesador es capaz de ejecutar en cada ciclo de su reloj interno. Por tanto, un procesador con un IPC alto es capaz de realizar un mayor número de operaciones por ciclo, lo que se acaba traduciendo en un mayor rendimiento global con la misma frecuencia de reloj.

CPU marca AMD, modelo Ryzen 9, tercera generación

ARQUITECTURA DE UNA CPU

 

Tal y como hemos comentado, la frecuencia de reloj no lo es todo en un procesador. Los primeros procesadores sólo eran capaces de realizar una operación en cada ciclo de reloj. Posteriormente, gracias a cambios arquitectónicos, los procesadores actuales son capaces de procesar varias instrucciones en un solo ciclo. Para conseguir esto los fabricantes mejoraron la arquitectura de los procesadores añadiendo  nuevos bloques (nuevos conjuntos de circuitos integrados) pensados para ejecutar instrucciones muy concretas, los cuales permiten acelerar, por ejemplo, cálculos asociados a programas matemáticos, científicos, financieros, etc. Al incluir estos bloques en la CPU, se consigue aumentar la velocidad de proceso de forma notable dependiendo del tipo de software que se esté ejecutando. Para poder agregar estos nuevos circuitos en la CPU es necesario mejorar las técnicas de fabricación, reduciendo el tamaño de los componentes utilizados para dejar más espacio y poder añadir más funcionalidades. La primera opción que se tomó fue la más lógica: añadir más núcleos (dual core, quad core), que no es más que replicar procesadores e interconectarlos entre sí. Más tarde, se buscó integrar cada vez más elementos dentro de la CPU, incluso algunos que tradicionalmente se encuentran en la placa base, como por ejemplo el  controlador de memoria y el de la tarjeta gráfica.

CPU marca Intel, modelo Core i7, décima generación

LA MEMORIA CACHÉ DE UNA CPU

La memoria caché es la más rápida de todo el sistema y la utiliza el procesador para almacenar información relevante para su trabajo, como por ejemplo el conjunto de instrucciones que más se estén utilizando en ese momento y, con carácter predictivo, la información que necesitará la CPU para ejecutar las instrucciones posteriores. Por tanto, cuanto mayor sea la cantidad de memoria caché, más óptimo será el rendimiento de nuestro procesador. Existen 3 tipos de memoria caché: Nivel 1, Nivel 2 y Nivel 3, o Level 1, Level 2 y Level 3, abreviadas como L1, L2 y L3. L1 es la más cercana al procesador y L3 la más lejana, según el siguiente esquema:

Niveles de memoria del PC, organizado en una pirámide

 

Memoria Caché Nivel 1 (L1)

Esta memoria caché es extremadamente rápida pero bastante pequeña y hoy día se encuentra integrada en la CPU (años atrás podía o no estar integrada en la CPU). Todas las instrucciones se buscan por defecto aquí, si no están presentes entonces se baja al siguiente nivel.

Memoria Caché Nivel 2 (L2)

Esta memoria caché es bastante más grande que la L1 y también está dentro de la CPU (años atrás no lo estaba). Este tipo de memoria no es tan rápida como la usada en L1 por tanto hará esperar más a la CPU que la L1. Si la instrucción buscada no se encuentra en la memoria L2, se baja al siguiente nivel.

Memoria Caché Nivel 3 (L3)

Este es un nivel de memoria especializada que ayuda a mejorar el rendimiento de la caché L1 y L2. Es mucho más lenta que la memoria L1 o L2, pero mucho más rápida que la memoria RAM del sistema, que se encuentra un nivel por debajo. En el caso de los procesadores con más de un núcleo (dual core, quad core), cada uno de ellos tiene su propia caché L1 y L2, pero, todos comparten la misma caché L3.

Consejo: si tienes curiosidad por saber cuanta memoria caché tiene tu procesador, instálate el programa CPU-Z, y consulta la pestaña "Caches".

CPU marca AMD, modelo 64x2 Dual Core

BENCHMARKS

 

Visto todo lo anterior, ¿Cómo sabemos si un procesador tiene un rendimiento superior a otro? Para ello los fabricantes suelen utilizar los denominados Benchmarks, aplicaciones especiales que analizan el rendimiento general del procesador. El problema es que no es fácil sacar conclusiones consultando estos Benchmarks.

 

Consejo: Para comparar el rendimiento de dos procesadores lo mejor es consultar una página que ya tenga las comparativas hechas. En el siguiente link puedes acceder, a modo de ejemplo, a la comparativa entre un Intel i7 de generación 9 (el de mi equipo) y un Intel i7 de generación 10:

https://cpu.userbenchmark.com/Compare/Intel-Core-i7-9700K-vs-Intel-Core-i7-10700K/4030vs4070

Se observa como la posición en el ranking del i7 generación 9 es inferior a la del i7 generación 10, lo que indica que su rendimiento es inferior, como era de suponer. En cualquier caso, se ofrecen muchos detalles y comparaciones desde varios puntos de vista, además de un resumen final muy interesante.

CPU marca Intel, modelo Core i9 X-series

LÍMITES FÍSICOS DE UN PROCESADOR

 

Un aspecto a tener en cuenta en el diseño y uso de una CPU es que, como cualquier dispositivo por el que circula corriente, tiene un consumo eléctrico y se calienta. Simplificando mucho, cuanto más rápido y potente sea un procesador, más tendencia a calentarse tendrá. El aumento descontrolado de la temperatura puede dañar el procesador y dejarlo inservible, por lo que se hace necesario instalar un ventilador y un disipador en contacto físico con el procesador para evacuar el exceso de calor y evitar problemas.

 

Las altas temperaturas son un reto para los diseñadores de procesadores, ya que la tendencia de reducir cada vez más el tamaño de los circuitos para poder aumentar el número de bloques y aumentar la velocidad de reloj hace que se calienten con más facilidad. Por ello los sistemas de refrigeración han ido mejorando con el tiempo, pasando de ventiladores y disipadores cada vez más eficaces a la refrigeración líquida en aquellos casos en los que las exigencias son máximas para la CPU.

CPU marca AMD, modelo Ryzen 5, primera generación

 

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