1. El núcleo (s): Este es el corazón de la CPU. Las CPU modernas a menudo tienen múltiples núcleos, cada uno capaz de ejecutar instrucciones de forma independiente. Cada núcleo contiene:
* Unidad lógica aritmética (ALU): Realiza operaciones aritméticas (adición, resta, etc.) y lógicas (y, o, no, etc.) en los datos.
* Unidad de control (Cu): Obtiene instrucciones de la memoria, las decodifica y coordina la ejecución de instrucciones por parte de ALU y otros componentes. Gestiona el flujo de datos e instrucciones dentro del núcleo.
* Registros: Pequeñas y rápidas ubicaciones de memoria dentro del núcleo. Los registros contienen datos e instrucciones en las que el ALU y el CU están trabajando actualmente. Son cruciales para la velocidad porque acceder a registros es mucho más rápido que acceder a la memoria principal.
* memoria de caché: Una memoria pequeña y extremadamente rápida ubicada en o muy cerca del núcleo. Al almacenar frecuentemente acceden datos e instrucciones, acelerando aún más la ejecución. Existen múltiples niveles de caché (L1, L2, L3), siendo L1 el más rápido y más pequeño, y L3 es el más lento y más grande.
2. Interconexiones: Estas son vías que conectan diferentes partes de la CPU y permiten que los datos se muevan entre ellas:
* Sistema de bus: Un conjunto de vías eléctricas que transportan datos, direcciones y señales de control entre diferentes componentes de la CPU, y entre la CPU y otras partes del sistema informático (como la memoria y los dispositivos de E/S). Diferentes autobuses manejan diferentes tipos de información.
3. Unidad de gestión de memoria (MMU): Este componente maneja la traducción de direcciones virtuales (utilizadas por programas) en direcciones físicas (ubicaciones reales en RAM). Esto es crucial para la multitarea y la protección de la memoria.
4. Otros componentes: Dependiendo de la arquitectura de la CPU, se pueden incluir otros componentes:
* Unidad de punto flotante (FPU): Unidad especializada para manejar la aritmética de punto flotante (números con puntos decimales), cruciales para aplicaciones científicas y gráficas.
* Unidades de procesamiento vectorial: Unidades capaces de realizar la misma operación en múltiples puntos de datos simultáneamente (SIMD - Instrucción única, datos múltiples).
El ciclo de instrucciones: El núcleo funciona a través de un ciclo continuo:
1. buscar: El CU obtiene la siguiente instrucción de la memoria (a menudo ayudada por caché).
2. Decode: La CU decodifica la instrucción obtenida para determinar qué operación realizar y qué datos usar.
3. Ejecutar: La ALU realiza la operación, utilizando datos de registros o memoria.
4. Store: El resultado de la operación se almacena en un registro o memoria.
En resumen: La CPU es un sistema complejo y altamente organizado que ejecuta eficientemente las instrucciones. Su organización se centra en minimizar el tiempo que lleva obtener, decodificar, ejecutar y almacenar datos, haciendo uso de estructuras de memoria jerárquica y técnicas de procesamiento paralelas para maximizar el rendimiento. La interacción entre los núcleos, el caché, los registros y la unidad de control define el funcionamiento general de la CPU.