CPU, GPU, Chipset… ¿Qué son?

A cualquiera que haya tenido relación con un ordenador, del tipo que sea incluyendo dispositivos inteligentes (los famosos Smart lo que sea) y videoconsolas, le sonará haber oído hablar de CPU, GPU, chipset, etc. pero muchos no tendrán idea de que son. Vamos a tratar de explicarlo con sencillez.

La CPU (siglas en inglés de Central Procesing Unit que siginifica Unidad Central de Proceso) es lo que podríamos considerar el cerebro del ordenador. La CPU se ocupa del control y tratamiento de los datos en el ordenador. 

Está formada por varias partes entre las que destaca la Unidad Aritmético Lógica (ALU por las siglas en inglés) que realiza cálculos, comparaciones y toma decisiones lógicas empleando un tipo de matemáticas conocido como álgebra de Boole; contiene un poco de memoria ultrarrápida donde almacenar datos temporalmente que se conoce como registros, y dispone de una unidad de control que se encarga de ir cargando las instrucciones de los programas, interpretarlas y ejecutarlas.

En la actualidad la CPU también puede contener otro tipo de memoria ultrarrápida, pero menos que los registros, llamada caché e incluso puede contener varios niveles de caché. La memoria caché sirve para agilizar el funcionamiento de la CPU al servir de puente entre el procesador y la memoria del sistema que es muchísimo más lenta, de este modo se acelera la velocidad de proceso al tener que esperar menos tiempo a que los datos estén listos. También suelen incorporar una circuitería especial para realizar cálculos en coma flotante, que son más costosos de realizar utilizando  la ALU y que al disponer de circuitos especializados en realizarlos pueden hacerse a muchísima mayor velocidad y en ocasiones en paralelo con otra instrucción que esté ejecutando el procesador.

Al conjunto de elementos que hemos citado anteriormente como constituyentes de la CPU se le llama core o núcleo. Para aumentar la capacidad de proceso de las CPU se pueden integrar varios núcleos en un mismo chip, lo que posibilita la ejecución de varias instrucciones simultáneamente.

Que una CPU contenga dos núcleos, por ejemplo, no significa que ofrezca el doble de rendimiento, pues parte de dicho rendimiento se debe usar para la sincronización y control de los núcleos.

La capacidad de proceso (la potencia, para entendernos) de una CPU viene dada por la velocidad de reloj y el número medio de ciclos de reloj por instrucción. El reloj del sistema es un dispositivo que emite pulsos a una determinada frecuencia y sirve para que se sincronicen todos los dispositivos del ordenador, no sirve para contar el tiempo como los relojes a los que estamos habituados. A mayor velocidad de reloj mayor es la capacidad de proceso, pero hay CPUs que por su diseño necesitan más ciclos de reloj que otras para realizar las mismas tareas, de modo que el diseño de la CPU también influye en la velocidad, hasta el punto de que una CPU de diseño más eficiente puede tener el mismo rendimiento que otra de diseño menos eficiente pero con mayor velocidad de reloj.

La velocidad del reloj del sistema se mide en Hercios (Hz) que es algo así como los ciclos o pulsos que pude generar por segundo. La velocidad de los procesadores actuales se suele medir en Megahercios (MHz), que son millones de pulsos por segundo, y Gigahercios (GHz), que son miles de millones de pulsos por segundo, lo que nos puede dar una idea de lo increíblemente rápido que suceden las cosas dentro de los ordenadores.

La GPU es un procesador especializado en cálculos para gráficos y operaciones en coma flotante. GPU viene de las siglas en inglés de Graphics Processing Unit. Funciona bajo la dirección de la CPU y por ello se le considera un coprocesador.  La elevada complejidad, riqueza y realismo de los gráficos que se usan hoy en día y el uso creciente de las 3D requieren de un elevadísimo número de cálculos por segundo, pero son unos cálculos muy concretos y especializados que se prestan a la construcción de circuitos especializados para realizarlos lo que incrementa el rendimiento. Además estos cálculos especializados y repetitivos pueden hacerse simultáneamente para varios puntos de la imagen, por lo que las GPUs disponen de varios de estos circuitos especializados, pudiendo calcular varios puntos de la imagen al mismo tiempo.

Para aumentar la eficacia del proceso de imágenes este se descompone en tareas básicas llamadas primitivas que pueden implementarse en la correspondiente circuitería. Existen, por ejemplo, primitivas para quitar o suavizar los bordes dentados de las figuras, lo que se conoce como  antialiasing, para dibujar rectas, curvas, triángulos, rectángulos, elipses, etc.

La GPU puede encontrarse en una tarjeta especializada conectada a la placa base del sistema (lo que se llama tarjeta gráfica), integrada en la placa base del ordenador lo que se conoce como gráfica integrada y últimamente en el propio chip de la CPU. La solución más potente generalmente es la tarjeta gráfica dedicada que suele ir acompañada de su propia memoria reservada exclusivamente para gráficos e independiente de la del sistema.

Como las GPU tienen una circuitería muy especializada en realizar cálculos en coma flotante muy rápidamente, se les usa también en algunas aplicaciones especializadas en cálculo intensivo.

El chipset es el conjunto de circuitos integrados que acompaña a un determinado procesador para servirle de puente con el resto de dispositivos del ordenador como son la memoria, los puertos USB, los discos duros, el ratón, el teclado, etc. Es decir, se ocupan de gestionar las entradas y salidas de la CPU al resto del sistema y de gestionar los dispositivos de que se dota a los ordenadores.

En los sistemas modernos el chipset suele disponerse en dos chips conocidos como puente norte y puente sur (NorthBridge y SoutBridge), después de la CPU y la GPU suelen ser los chips más grandes. El norte se dedica a gestionar el acceso a la memoria, a la tarjeta gráfica y las comunicaciones con el puente sur. El puente sur controla los dispositivos asociados a la controladora de discos IDE, USB, FireWire, SATA, RAID, ranuras de ampliación PCI, AMR y CNR, puertos de infrarrojos, disquetera, red local, etc. En general el puerto sur es el encargado de comunicar el procesador con el resto de dispositivos de entrada y salida del ordenador y también de facilitarles a estos dispositivos, junto con el puente norte, el acceso directo a la memoria cuando así se requiera, sin intervención del procesador.

Aunque no se suele tener muy en cuenta el buen diseño del chipset es fundamental para el rendimiento del ordenador.

Bien, ahora ya sabrá que significan esas palabras extrañas que tanto y se oyen y tan poco se explican.