¿Qué es una CPU? La CPU o Unidad Central de Procesamiento^{(Central Processing Unit)} es el cerebro de procesamiento de números de una computadora. Todo lo que hace una computadora, desde jugar videojuegos^{(video games)} hasta ayudarlo a escribir un ensayo, se divide en un conjunto de instrucciones matemáticas. La CPU toma esas instrucciones y las ejecuta. 

Los detalles de cómo lo hace son, por supuesto, mucho^{(much )} más complicados que esa simple explicación. Lo más importante que debe saber es que la CPU es el principal motor matemático de una computadora.

La (extremadamente) corta historia de las CPU^{(The (Extremely) Short History Of CPUs)}

La historia de la informática es larga y compleja. También se remonta más atrás en la historia que la tecnología digital, la electrónica o incluso la electricidad. Un ábaco es una especie de procesador. También lo son las calculadoras mecánicas. La gran diferencia es que estas máquinas solo pueden hacer una o unas pocas tareas matemáticas. No son procesadores de propósito general , de los cuales la ^{(general purpose)}CPU moderna es un ejemplo.

Lo que hace que una CPU sea un dispositivo de cálculo de propósito general es el uso de la lógica. En 1903 , Nikola Tesla patentó los circuitos eléctricos conocidos como puertas e interruptores. Usando estos circuitos, podría construir dispositivos que realicen operaciones lógicas, donde podría hacer que la máquina actúe en ciertas condiciones. 

A mediados y finales de la década de 1940 , William Shockley , John Bardeen y Walter Brattain inventaron y patentaron un dispositivo llamado transistor, mientras trabajaban en Bell Laboratories . El transistor es el componente básico de una CPU . Los transistores son componentes informáticos relativamente pequeños. El transistor es un invento tan importante que los tres inventores recibieron el Premio Nobel^{(Nobel Prize)} por él.

A fines de la década de 1950, Robert Noyce y Jack Kilby dieron un gran paso adelante y crearon el primer circuito integrado^{(integrated circuit)} funcional . Un circuito integrado es un conjunto de circuitos electrónicos integrados en una sola pieza de material semiconductor. En la mayoría de los casos, ese material es silicio. Esto es lo que la gente quiere decir cuando dice "microchip". 

Una CPU consta de uno o más microchips. Esta es una invención importante porque se pueden empaquetar miles de millones de transistores en una sola CPU . Esto crea motores matemáticos increíblemente poderosos.

Usando las invenciones de puertas lógicas, transistores y circuitos integrados, el mundo entero ha cambiado. Los microchips están en todo en estos días, no solo en su computadora. Y las CPU^(CPUs) son los microchips de uso general más avanzados que podemos fabricar.

¿Cómo funcionan las CPU?^{(How Do CPUs Work?)}

Todo el principio de una CPU se basa en código binario^{(binary code)} . Los seres humanos tienden a representar los números usando un sistema llamado base 10 o sistema decimal. Los valores posicionales de cada dígito en un número aumentan por un factor de diez. Así que "111" contiene cien, diez y uno.

Las computadoras y sus CPU^(CPUs) no pueden entender la base 10 en absoluto. Los transistores funcionan según el principio de estar encendidos o apagados. Lo que significa que las puertas lógicas que construyes a partir de ellas solo pueden funcionar con estos dos estados. Esta es la razón por la que, fundamentalmente, las CPU^(CPUs) se ejecutan en código binario^{(binary code)} . Este sistema numérico tiene diferentes valores posicionales. En cambio, si 1, 10, 100, 1000 y así sucesivamente, los valores posicionales son 1,2,4,8,16,32,64,128 y así sucesivamente. 

Entonces, en binario, "111" sería 7 en números decimales, ya que sumas 1, 2 y 4 juntos. Si alguno de los números es un cero, simplemente sáltelo y agregue el valor posicional del próximo 1. De esta manera puede expresar cualquier valor decimal. Solo^(Just) tenga en cuenta que los números binarios a menudo se leen de derecha a izquierda, por lo que el valor posicional "1" estaría en el extremo derecho.

Pongámoslo en una tabla para que quede muy claro:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	0	0	0	0	0

¿Puedes ver por qué suma el número 7 en decimal? Hagamos el número 23:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	1	0	0	0	0

Así que 111 es "7", pero "11101" es 23 porque el valor del quinto lugar en binario es 16. Genial^(Pretty) , ¿verdad? Puedes expresar cualquier número posible que se pueda escribir en decimal de esta manera. Lo que significa que las computadoras construidas a partir de transistores también pueden funcionar con cualquier número.

¿Cómo se fabrican las CPU?

El proceso de producción de las CPU^(CPUs) modernas también es, como era de esperar, bastante complejo. El proceso básico consiste en hacer crecer grandes cilindros de cristal de silicio. Sus propiedades semiconductoras lo hacen ideal para construir un circuito integrado binario.

Estos grandes cristales se cortan en finas obleas. Luego, las obleas se "dopan" con otro químico para ajustar sus propiedades. Luego, el circuito a escala nanométrica se graba en la superficie de la oblea usando luz mediante un proceso conocido como fotolitografía^{(photolithography)} .

Diseño y rendimiento de la CPU

Las CPU^(CPUs) no son todas iguales. El primer antepasado propiamente dicho de la CPU^(CPU) moderna , el Intel 8086 , tenía unos 29 000 transistores en su circuito integrado. Hoy en día, un procesador como el Intel i99900K tiene poco más de 1700 millones^(billion) de transistores. Cuanto más densos son los circuitos lógicos de una CPU , más complejo y mayor es el número de instrucciones que puede realizar por ciclo de reloj. 

Espera^(Hang) , ¿"ciclo de reloj"? Sí, ese es el otro componente principal del rendimiento de la CPU^(CPU) . Una CPU funciona a una frecuencia particular, con cada pulso del reloj de la CPU se realiza un ciclo de cálculos. ^(CPU)Si toma la misma CPU y duplica su velocidad de reloj, entonces (en teoría) debería funcionar el doble de rápido. 

Ese Intel 8086 de 1978 funcionaba a 5Mhz cuando se lanzó. Eso es cinco millones de ciclos de reloj por segundo. ¿ El Intel i9-9900K? Comienza a^{(starts )} 3,6 Ghz. Esos 3600 ^{(Ghz.That 3600)} Mhz , con la opción de aumentar las cosas hasta 5000 Mhz cuando sea posible.

Para agregar otra arruga al rendimiento de la CPU , las ^(CPU)CPU^(CPUs) modernas en realidad contienen múltiples "núcleos". Cada núcleo es en realidad una CPU independiente en sí misma. Es típico tener al menos cuatro núcleos de este tipo en estos días, pero últimamente la norma ha sido que las computadoras convencionales tengan seis u ocho núcleos. Las computadoras profesionales de gama alta pueden tener alrededor de 100 núcleos de CPU . 

Tener múltiples núcleos significa que la CPU puede ejecutar múltiples conjuntos de instrucciones en paralelo. Lo que significa que nuestras computadoras pueden hacer muchas cosas a la vez sin problemas. Algunas CPU^(CPUs) tienen núcleos "multiproceso". Estos núcleos pueden manejar dos tareas separadas cada uno. En las CPU de Intel,^{(Intel CPUs)} esto se denomina " hiperprocesamiento^{(hyperthreading)} ".

Entonces, el rendimiento total de una CPU se reduce a una combinación de:

• Es el recuento total de transistores y qué tan avanzado es el diseño de sus circuitos lógicos.
• la frecuencia del reloj^{(clock frequency)}
• El número de núcleos^{(number of cores)}
• El número de hilos

Hay, por supuesto, más que estos cuatro puntos principales. Sin embargo, esas son las cuatro consideraciones principales para hacer que una CPU funcione bien.

El papel^(Role) de la CPU en su computadora^{(Your Computer)}

Lo último que tenemos que cubrir es qué trabajo desempeña la CPU en su computadora. Después de todo, no es el único microchip de circuito integrado en su computadora. Por ejemplo, las GPU^(GPUs) (unidades de procesamiento de gráficos) suelen tener incluso más transistores que una CPU .

Necesitan su propia fuente de alimentación y refrigeración, así como memoria. ¡Es como una pequeña computadora extra! Lo mismo puede decirse de los chips que controlan el sonido, el USB y el tráfico del disco duro. Entonces, ¿por qué la CPU es especial? Estas son las principales razones:

• Puede procesar CUALQUIER^(ANY) instrucción, una GPU solo realiza ciertos tipos de procesamiento
• Une todos los demás componentes, empujando y extrayendo datos para hacer que su computadora funcione
• La CPU está involucrada con todo el trabajo que se le pide a la computadora que haga hasta cierto punto.

En resumen, la CPU es el componente de rendimiento de uso general más importante de su computadora. ¡^(Don) No lo des por sentado!

What Is a CPU & What Does It Do?

What is a CPU? The CPU or Central Processing Unit is the number-crunching brain of a computer. Everything a computer does, from playing video games to helping you write an essay, is broken down into a set of mathematical instructions. The CPU takes those instructions and executes them. 

The details of how it does this is, of course, much more complicated than that simple explanation. The most important thing you need to know is that the CPU is the main mathematical engine of a computer.

The (Extremely) Short History Of CPUs

The history of computing is long and complex. It also goes further back into history than digital technology, electronics or even electricity. An abacus is a sort of processor. So are mechanical calculators. The big difference is that these machines can only do one or a few mathematical tasks. They aren’t general purpose processors, which the modern CPU is an example of.

What makes a CPU a general purpose calculation device is the use of logic. In 1903 Nikola Tesla patented electrical circuits known as gates and switches. Using these circuits, you could build devices that perform logical operations, where you could have the machine act on certain conditions. 

In the mid- to late- 1940s William Shockley, John Bardeen and Walter Brattain invented and patented a device called a transistor, while working at Bell Laboratories. The transistor is the basic building block of a CPU. Transistors are relatively tiny computer components. The transistor is such an important invention that the three inventors were awarded a Nobel Prize for it.

In the late 1950s, Robert Noyce and Jack Kilby went one massive step further and created the first working integrated circuit. An integrated circuit is a set of electronic circuits integrated into a single piece of semiconductor material. In most cases, that material is silicon. This is what people mean when they say “microchip”. 

A CPU consists of one or more microchips. This is an important invention because billions of transistors can be packed into a single CPU. This creates incredibly powerful mathematical engines.

Using the inventions of logic gates, transistors and integrated circuits, the entire world has been changed. Microchips are in everything these days, not just your computer. And CPUs are the most advanced general-purpose microchips we can make.

How Do CPUs Work?

The entire principle of a CPU is based on binary code. Human beings tend to represent numbers using a system called base 10 or the decimal system. The place values of each digit in a number go up by a factor of ten. So “111” contains one hundred, ten and one.

Computers and their CPUs can’t understand base 10 at all. Transistors work on the principle of either being on or off. Which means the logic gates you build from them can also only work with these two states. This is why, fundamentally, CPUs run on binary code. This number system has different place values. Instead if 1, 10, 100, 1000 and so on, the place values are 1,2,4,8,16,32,64,128 and so on. 

So in binary “111” would be 7 in decimal numbers Since you add 1,2, and 4 together. If any of the numbers are a zero, you simply skip it and add the place value of the next 1. This way you can express any decimal value. Just note that binary numbers are often read from right to left, so the “1” place value would be at the far right.

Let’s put it in a table to make it crystal clear:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	0	0	0	0	0

Can you see why it adds up to the number 7 in decimal? Let’s do the number 23:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	1	0	0	0	0

So 111 is “7”, but “11101” is 23 because the fifth place value in binary is 16. Pretty cool, right? You can express any possible number that can be written in decimal this way. Which means computers built from transistors can work with any numbers as well.

How Are CPUs Made?

The production process of modern CPUs is also, as you’d expect, pretty complex. The basic process involves growing large cylinders of silicon crystal. Its semiconductor properties make it ideal for building a binary integrated circuit.

These large crystals are sliced into thin wafers. The wafers are then “doped” with another chemical to fine tune its properties. The nano-scale circuitry is then etched into the wafer surface using light using a process known as photolithography.

CPU Design and Performance

CPUs are not all made equal. The first proper ancestor of the modern CPU, the Intel 8086, had about 29 000 transistors in its integrated circuit. Today, a processor like the Intel i99900K has just over 1.7 billion transistors. The denser the logic circuits of a CPU, the more complex and higher the number of instructions it can perform per clock cycle. 

Hang on, “clock cycle”? Yes, that’s the other major component of CPU performance. A CPU runs at a particular frequency, with each pulse of the CPU clock a cycle of calculations are done. If you take the same CPU and double it’s clock speed then (in theory) it should perform twice as fast. 

That 1978 Intel 8086 ran at 5Mhz when it was launched. That’s five million clock cycles per second. The Intel i9-9900K? It starts at 3.6 Ghz.That 3600 Mhz, with the option to ramp things up to 5000 Mhz when possible.

To add yet another wrinkle to CPU performance, modern CPUs actually contain multiple “cores”. Each core is actually an independent CPU itself. It’s typical to have at least four such cores these days, but lately the norm has been for mainstream computers to have six or eight cores. High end professional computers may have in the region of a 100 CPU cores. 

Having multiple cores means that the CPU can perform multiple sets of instructions in parallel. Which means our computers can do many things at once without issue. Some CPUs have “multithreaded” cores. These cores can themselves handle two separate tasks each. In Intel CPUs this is branded as “hyperthreading”.

So the total performance of a CPU comes down to a combination of:

• It’s total transistor count and how advanced the design of its logic circuits are
• The clock frequency
• The number of cores
• The number of threads

There is, of course, more to it than these four main points. However, those are the four main considerations for making a CPU perform well.

The Role of the CPU in Your Computer

The last thing we have to cover is what job the CPU plays in your computer. It is, after all, not the only integrated circuit microchip in your computer. For example, GPUs (graphics processing units) are often even more transistor-dense than a CPU.

They need their own cooling and power supply, as well as memory. It’s like a small extra computer! The same can be said for the chips that control your sound, USB and hard drive traffic. So why is the CPU special? These are the main reasons:

• It can process ANY instruction, a GPU only does certain types of processing
• It ties all the other components together, pushing and pulling data to make your computer work
• The CPU is involved with all work the computer is asked to do to some extent

In short, the CPU is the most important general-purpose performance component in your computer. Don’t take it for granted!

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