Los microprocesadores son el corazón de todas las computadoras construidas hoy en día. Es nuestro producto estrella que nos ayuda a ejecutar y administrar todas nuestras aplicaciones y programas. Debido a la importancia de esta parte, es imperativo que cada usuario primero seleccione un procesador al construir un sistema basado en computadora.
Los microprocesadores son el corazón de todas las computadoras construidas hoy en día. Es nuestro producto estrella que nos ayuda a ejecutar y administrar todas nuestras aplicaciones y programas. Debido a la importancia de esta parte, es imperativo que cada usuario primero seleccione un procesador al construir un sistema basado en computadora.
Pero, ¿cómo se elige un procesador?Cada procesador tiene tantas especificaciones diferentes asociadas a él. Además de las especificaciones, el tipo de proyecto también considera qué tipo de procesador se requiere. Hay varias características importantes a considerar al elegir el mejor procesador para cualquier escenario.
Se podría escribir un libro sobre los microprocesadores modernos y sus arquitecturas. Para simplificar los detalles, la frecuencia operativa (velocidad de reloj), la memoria caché y el recuento de núcleos son las tres cualidades más importantes de los microprocesadores de escritorio convencionales de la actualidad. Estos tres marcan la mayor diferencia cuando se trata del rendimiento general de su computadora.
La arquitectura de la computadora ha evolucionado significativamente a lo largo de los años. Hay muchas arquitecturas diferentes, pero ninguna es la misma por mucho tiempo. Para superar a nuestros competidores, debemos desarrollar arquitecturas nuevas e innovadoras cada año. La arquitectura más común es la arquitectura x86. La mayoría de los procesadores actuales se derivan de esta arquitectura básica en algún momento. Las microarquitecturas modernas incluyen Prescott, Nahalem, Sandy Bridge, Bobcat y Bulldozer. Estos son solo algunos ejemplos de las submicroarquitecturas que tanto Intel como AMD han creado en los últimos años.
Los principales fabricantes de chips están cambiando la estructura y la funcionalidad de cada arquitectura que fabrican. Las características clave que conforman la arquitectura consisten en núcleos, velocidad de reloj de la CPU, caché L3 y potencia de diseño térmico (TDP).
El desarrollo más importante de los últimos años para abordar los avances arquitectónicos es el potencial de los procesadores multinúcleo. Hasta mediados de la década de 2000, el aumento de las frecuencias operativas era más que suficiente para compensar la programación producida. Sin embargo, solo el aumento de las frecuencias operativas se ve obstaculizado por el aumento de las temperaturas y las limitaciones de frecuencia. Para abordar este problema, los ingenieros desarrollaron la capacidad de aumentar la cantidad de núcleos en el chip. Eléctricamente, los chips se fabrican con 2 a 8 o más núcleos en un solo chip. Estos núcleos son sus propias Unidades Centrales de Procesamiento (CPU) que se comunican entre sí a través del chip y con otras unidades en el procesador para mejorar la velocidad general de los programas que aprovechan la computación paralela.
A la hora de elegir un procesador, tener más núcleos siempre es una ventaja. Cada núcleo adicional proporciona más potencia de procesamiento, por lo que un programa puede ejecutarse en múltiples núcleos, o múltiples programas pueden ejecutarse en núcleos separados. En general, tener múltiples núcleos le dará un gran impulso al rendimiento y será una especificación clave al elegir un procesador moderno.
Como se destaca en el segmento de la arquitectura, la frecuencia operativa juega un papel importante en el rendimiento del procesador. Todos los microprocesadores operan en función de algún tipo de frecuencia de oscilador. La frecuencia del oscilador se correlaciona directamente con la frecuencia de diseño del cristal del oscilador. La frecuencia de este oscilador a menudo se convierte en una onda cuadrada a través de un circuito electrónico. Las ondas cuadradas son importantes cuando se ejecuta un programa dentro de un procesador. Basado en la representación digital de la onda cuadrada, el procesador “procesa” las funciones con 1 y 0, haciendo que los pulsos sean legibles por el procesador para que se puedan ejecutar las instrucciones. Dado que solo se puede ejecutar una instrucción por ciclo de reloj, es importante aumentar la frecuencia de operación. Cuanto mayor sea la frecuencia de funcionamiento, más instrucciones se pueden procesar. Si se procesan más pedidos, se puede hacer más trabajo en menos tiempo.
Los procesadores actuales funcionan en el rango de 2 GHz a 4 GHz. Esto significa que, de media, un ordenador puede ejecutar unos 125.000 millones de instrucciones por segundo (MIPS). La compra de un procesador basado únicamente en esta calidad brinda la capacidad de ejecutar varios programas y aplicaciones. Obviamente, no solo espera abrir un navegador web y navegar por la web con una pestaña abierta. Con la llegada del procesamiento multinúcleo, la frecuencia operativa se puede amplificar. Cada núcleo funciona a la velocidad proporcionada por las especificaciones del fabricante. Es decir, el mismo conjunto de operaciones se puede ejecutar en diferentes núcleos al mismo tiempo. Para ponerlo en perspectiva, los procesos simultáneos pueden funcionar en núcleos separados y un procesador puede funcionar en varios procesos a la vez. Las capacidades de los procesadores actuales aumentan significativamente a medida que aumenta la cantidad de núcleos, lo que da como resultado frecuencias operativas más altas.
El caché es el tercer componente más importante asociado con el procesador. Un caché actúa como un dispositivo de almacenamiento de memoria más pequeño y rápido. El procesador almacena datos de uso frecuente en ubicaciones apropiadas. Aumente la eficiencia al facilitar las transferencias de datos y reducir el tiempo promedio para acceder a la memoria.
Los procesadores modernos contienen múltiples fuentes de caché. La jerarquía más común de cachés en los procesadores es la caché de varios niveles. Por lo general, hay tres niveles de almacenamiento en caché. Nivel 1 (L1), L2 y L3. Estos cachés funcionan en conjunto para almacenar los datos más importantes utilizados por el procesador. El procesador verifica la memoria caché L1 en busca de los datos que necesita y, si no encuentra los datos que necesita, avanza al siguiente nivel de memoria caché.
Los cachés se implementan eléctricamente en el chip durante la fabricación. Con la introducción del procesamiento multinúcleo, se pensó que una forma más conveniente de compartir el caché sería darle a cada núcleo su propio caché. Sin embargo, esto implica más enrutamiento y mayor latencia entre núcleos. Por lo tanto, los procesadores modernos solo tienen una jerarquía de caché en lugar de dividirla en núcleos.
Mirar el caché L3 es más beneficioso al elegir un procesador moderno. La mayor parte de la funcionalidad principal del sistema operativo se almacena en los cachés L1 y L2, y el caché L3 toma el relevo. Con 6 MB a 12 MB de caché L3, el procesador debería poder manejar todas las aplicaciones actuales.
La selección de varios núcleos, la velocidad de la frecuencia operativa y el tamaño de la memoria caché facilitan la búsqueda del procesador que se adapta a sus necesidades. La capacidad multinúcleo aumenta la utilidad de las altas velocidades de reloj. Cada núcleo puede ejecutar instrucciones a su velocidad de reloj establecida de fábrica. La caché L3 almacena datos críticos en la memoria y luego los pasa a los núcleos que los necesitan. Todos los procesadores modernos tienen estos detalles en sus especificaciones. Al elegir un procesador, es importante considerar la relación entre estos tres componentes y cómo contribuyen a la funcionalidad en tiempo de ejecución.
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