• Construida a base de millones de transistores, la CPU puede tener múltiples núcleos de procesamiento y comúnmente se la conoce como el "cerebro de la computadora". Es esencial para todos los sistemas informáticos modernos, ya que ejecuta las órdenes y los procesos que necesitan la computadora y el sistema operativo.

¿Cómo funciona un procesador?

Toda CPU, desde la más simple a la más compleja, sigue el siguiente proceso:

• En primer lugar, La CPU recibe una instrucción desde la memoria RAM, que indica una operación a realizar. (Captación o Fetch)
• A continuación, la instrucción se decodifica por la unidad de control de la CPU, que la traduce en señales eléctricas que indican a los componentes de la CPU qué operación realizar. Tras esto, la unidad de control envía las señales eléctricas a la unidad aritmético-lógica (ALU) de la CPU, que es responsable de realizar la operación matemática o lógica indicada en la instrucción. (Decodificación o Decode)
• Ya para finalizar, la ALU ejecuta la instrucción y escribe el resultado en la memoria o registro correspondiente para empezar volver al primer punto. (Ejecución o Execute)

Claro está que esto es una simplificación y cada una de las tres etapas principales se puede dividir en otras más pequeñas. El motivo por el cual se hace esto es por el hecho de que cada etapa ha de durar un ciclo de reloj exacto, cuanto más simples sean estas en menos tiempo se hacen y, por tanto, se puede conseguir mayores velocidades de reloj en un procesador.

La velocidad de un procesador se expresa en Hz, lo cual mide la cantidad de operaciones que la CPU realiza una operación. Esta es gobernada por una señal a la que llamamos reloj y suele consistir en un señal digital de onda cuadrada que marca el compás. El reloj es por tanto la cantidad de pulsos por segundo a la que trabaja la CPU en cada segundo. Siendo en los primeras CPUs de alrededor de 1 MHz, pero en la actualidad tenemos procesadores con más de 3 GHz de velocidad, y por tanto que pueden realizar más de 3000 veces más ciclos de reloj que los primeros.

Se ha de aclarar que cuando una instrucción entra en el procesador, la siguiente no ha de esperar a que se complete, sino solo la etapa actual en la que se encuentra. Por ejemplo, una CPU simple con solo las tres etapas básicas como el 6502, cuando una instrucción se está ejecutando, la siguiente se está decodificando.

Componentes de un procesador

Bus

Se trata de un canal de comunicación por el cual los diferentes componentes del procesador se comunican de forma interna. No procesan nada y tampoco almacenan nada. Sin embargo, a medida que las CPU se han ido haciendo más complejas, el bus de datos ha ido evolucionando hasta el punto de adoptar configuraciones de red del mundo de las telecomunicaciones.  Son una parte muy básica, al igual que los transistores, pero la organización del bus en un procesador es una parte muy importante que se suele obviar.

Planificadores

Los planificadores se encargan de coger las instrucciones ordenadas por tipo en el búfer de reordenamiento y enviarlas a las unidades de ejecución correspondiente para su resolución final. Se les llama así por el hecho que ordenan las instrucciones no según el orden de ejecución del programa, sino en el orden en el que están disponibles las diferentes unidades de ejecución.

Unidades de ejecución

Las unidades de ejecución son las encargadas de resolver las instrucciones y enviar el resultado al registro o dirección de memoria correspondiente. Tradicionalmente, se las llama ALU, pero no solamente existen instrucciones de lógica aritmética en un programa, sino también otro tipo de unidades. En todo caso, empezando por las ALU, no existe una unidad de este tipo, ya que en un procesador nos podemos encontrar de diferentes, las cuales las podemos clasificar de tres maneras distintas:

• Por su tipo: escalares, vectoriales o tensoriales.
• Si pueden operar con enteros o coma flotante.
• Su rango de precisión, es decir, cuantos bits operan simultáneamente y qué formato estándar de numeración binaria soportan.
• El tipo de operación que ejecutan, algunas ALU son simples y pueden realizar operaciones de suma o resta, pero otras son más complejas.

Sin embargo, existen otras unidades encargadas de otro tipo de operaciones que son clave para ejecutar los programas:

• Las unidades de generación de direcciones lo que hacen es calcular la dirección virtual y/o física, según sea necesario, tanto de la RAM externa como de los periféricos para que el procesador se pueda comunicar con ellos. Son conocidas también como AGU y trabajan en colaboración con las unidades Load Store para leer y escribir datos en las direcciones de memoria correspondientes.
• La Branch Unit es la encargada de gestionar las instrucciones de salto, las cuales se encargan de cambiar el valor del contador de programa para representar bucles y saltos en el código.
• Por último, tenemos las unidades Load y Store, las cuales se encargan de escribir y leer la información de la memoria RAM, así como de actualizar el contenido de las líneas de caché que contienen una copia de esos datos en memoria, tengan el nivel que tengan.