El Procesador

El procesador (CPU, por Central Processing Unit o Unidad Central de Procesamiento), es por decirlo de alguna manera, el cerebro del computador. Permite el procesamiento de información numérica, es decir, información ingresada en formato binario “sistema de numeración que se representan utilizando solamente las cifras cero y uno (0 y 1)”, así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria. 

Sus Comienzos

En 1971 se crea el primer microprocesador (Intel 4004) Era un dispositivo de cálculo de 4 bits, con una velocidad de 108 kHz. Fue creado para facilitar el diseño de una calculadora. Al mismo tiempo, la empresa Texas Instruments (conocida por el diseño y fabricación de calculadoras) también trabajaba en un proyecto similar por lo que aun se discute quien fue el creador del primer microprocesador, si Texas Instruments o Intel.

Un poco de historia - Los primeros Procesadores

Desde el primer microprocesador de Intel en 1971 hasta el lanzamiento del 80386 en el año 1986 era solo Intel el mayor fabricante hasta que en 1991 la empresa AMD sacó al mercado su procesador Am386, totalmente compatible con los i386, lo que terminó con el monopolio de Intel en la fabricación de estos.

                                                       Intel 80386                                             AM386

La frecuencia de reloj y Los Nanómetros

¿Qué es la frecuencia de reloj?

La frecuencia de reloj es la que indica el número de operaciones que nuestro procesador puede hacer por segundo. Se mide en ciclos por segundo o hercios, aunque actualmente, se mide en gigahercios (GHz) aunque no porque un procesador tenga más o menos gigahercios será más o menos rápido que otros ya que influyen otros factores.

¿Qué son los nanómetros (nm) de mi procesador?
Bueno los nanómetros es la millonésima parte de un procesador y dirás ¿para qué sirve? Bueno los nanómetros de un procesador significan el tamaño que tienen los transistores de ese procesador, por tanto a menor número de nanómetros, mayor será el número de transistores que tenga mi procesador y menor será la distancia que haya entre transistores con lo cual la distancia entre estos componentes es más pequeña y menor es la energía que se usa para comunicarlos entre ellos, además de generar menos calor. Con lo cual las ventajas que obtienes son: menor consumo de energía, menor producción de calor y mayor cantidad de transistores en un procesador lo que implica mayor velocidad de procesamiento.
El aumento de transistores en un procesador y de menor tamaño se debe a la teoría de Moore.

¿Teoría de Moore?

Gordon E. Moore publicó una ley, llamada Ley de Moore en la cual afirmaba lo siguiente "Aproximadamente cada 18 meses se duplica el número de transistores en un circuito integrado".
Cada dos años el tamaño de un chip con determinado número de transistores se reduce a la mitad, que en la misma superficie de silicio cabe el doble de transistores pasa a costar la mitad porque el coste es proporcional a la superficie.
Si la tendencia continúa y la ley de Moore se sigue aplicando, llegará un límite y la reducción de los nanómetros será imposible bajar esa cifra.

Partes Internas de un Procesador

Un microprocesador es un circuito donde se encuentran integrados una serie de bloques que le permiten realizar las funciones para las que ha sido fabricado. Los bloques fundamentales son:

La unidad de control que vincula la información entrante para luego decodificarla y enviarla a la unidad Instrucción.

La unidad aritmética lógica (se escribe ALU); sirve para la ejecución de cálculos aritméticos básicos y funciones lógicas (Y, O, O EXCLUSIVO, etc.).

La unidad de punto flotante (se escribe FPU), que ejecuta cálculos complejos parciales que la unidad aritmética lógica no puede realizar.

La memoria caché (también memoria buffer) es una memoria rápida que permite reducir los tiempos de espera de las distintas informaciones almacenada en la RAM (Random Access Memory o Memoria de Acceso Aleatorio).

• La Memoria caché nivel 1 (denominada L1 Cache, por Level 1 Cache) se encuentra integrada directamente al procesador.
• La memoria caché nivel 2 (denominada L2 Cache, por Level 2 Cache) se encuentra ubicada en la carcasa junto con el procesador (en el chip). La caché nivel 2 es un intermediario entre el procesador con su caché interna y la RAM. Se puede acceder más rápidamente que a la RAM, pero no tanto como a la caché nivel 1.

Overclock y el futuro del procesador

Literalmente significa sobre el reloj, es decir, aumentar la frecuencia de reloj de la CPU (antiguamente conocido como undertiming). La idea es conseguir un rendimiento más alto gratuitamente, o superar las cuotas actuales de rendimiento, aunque esto pueda suponer una pérdida de estabilidad o acortar la vida útil del componente.

Ej. Procesador a 500 GHz!!!

Investigadores de IBM y Georgia Institute of Technology han conseguido un prototipo de procesador de silicio que alcanza los 500 GHz de velocidad, 100 veces mas rapidos que los procesadores de los pcs de escritorios mas potentes del mercado. Puede llegar a realizar medio trillón de cálculos por segundo, frente a los 5 billones de calculos alcanzado por los procesadores de altas prestaciones.
El pequeño inconveniente es que han tenido que bajar la temperatura de funcionamiento a -268ºC, mediante helio líquido.
Queda así demostrado que la tecnología en silicio puede dar aún mucho de sí, y no como ya se venia diciendo que se estaba llegando al final de la era del silicio, pues como se tenia entendido a esas altisimas frecuencias comienzan a darse fenomenos cuánticos.El equipo de investigadores firma que pueden llegar a alcanzar el Terahertcio (1000 Ghz) con las condicion de Temperatura apropiadas.

El futuro que está naciendo el primer procesador cuántico

Un equipo de científicos de la Universidad de Yale ha dado un gran salto tecnológico al crear el primer procesador cuántico. Es la primera implementación funcional de un dispositivo de este tipo. Sólo es capaz de hacer algunos cálculos sencillos, pero es un paso imprescindible para lograr la aplicación de la física cuántica a la informática. Hace mucho tiempo, desde principios de los ochenta, que se estudia teóricamente la aplicación de la física cuántica a la informática. Las propiedades de la materia a nivel atómico y subatómico permiten la creación de procesadores que funcionan de una manera distinta a los actuales. Utilizan los diferentes estados cuánticos de una partícula para efectuar operaciones lógicas.
Los procesadores actuales utilizan como unidad lógica el bit (binary digit). Los diferentes estados cuánticos se representan utilizando una unidad mínima de información ligeramente diferente, llamada QUBITS (quantum binary digit). Los bits actuales sólo pueden tener dos estados posibles, 0 o 1. El número de posibles combinaciones de 8 bits es de 256(2 elevado a 8) combinaciones distintas. Pero una sola de ellas cada vez. Por contra, los qubits entre otras cosas permiten la simultaneidad de varios estados diferentes. Con 16 qubits se pueden obtener 256 combinaciones distintas a la vez.

Paralelismo cuántico
 

Para tener un ejemplo más gráfico. Tenemos un coche que consta de 256 piezas distintas. Pongamos a 8 robots (los bits) que son capaces de poner todas las piezas, pero sólo una a una. Si en poner 1 pieza tardan 1 segundo, entonces son capaces de montar el coche en 256 segundos, unos 4 minutos. Ahora pongamos a otros 8 robots (los qubits) que también son capaces de poner las 256 piezas distintas, y tardan 1 segundo en poner cada pieza, igual que los robots anteriores. La diferencia es que estos son capaces de ponerlas en paralelo, todas a la vez. Si las ponen todas a la vez, tardarán un segundo en ponerlas todas. Los 8 qubits emplearían un sólo segundo frente a 4 minutos que emplearían los 8 bits para hacer la misma tarea. 256 veces más rápido. Además la capacidad de procesamiento crece exponencialmente. Siguiendo con el ejemplo: si hablásemos de 65536 piezas diferentes, 16 qubits tardarían 1 segundo y 16 bits tardarían 18 horas. 65536 veces más rápido. .