Qué es un procesador (CPU) y la memoria (RAM)


Encontré esta imagen ilustrativa general sobre las partes de un microChip que es el **chip físico** que **contiene** a la CPU (Como vimos en el video la CPU tiene más cosas aún), sirve para darse una idea e indagar más al respecto. 

Estuve viendo esta clase con mi hijo de 10 años, quedó super impresionado de cómo funciona su computador.

Cuando supe que un chip gama baja es un chip defectuoso me sentí estafado

### ¿Qué es una CPU? * Es la Unidad Central de Procesamiento de un dispositivo. * Está presente en computadoras, teléfonos, televisores, automóviles, etc. * Se encarga de procesar datos y almacenar información temporalmente en la memoria RAM. ### ¿Cómo funciona una CPU? * Ejecuta operaciones matemáticas básicas: sumar, restar, multiplicar. * Procesa la información en ciclos eléctricos medidos en Hertz (Hz). * Su velocidad se mide en MHz (millones de ciclos por segundo) o GHz (miles de millones de ciclos por segundo). ### Marcas y tipos de CPU * Intel (Core i3, i5, i7, Xeon) * AMD (Ryzen) * Apple (M1, M2, M3, M4) * Otros: Snapdragon, Huawei. ### Relación entre Velocidad, Electricidad y Calor * Más GHz = más velocidad = más electricidad = más calor. * El calor limita la velocidad de la CPU. * Es necesario enfriar la CPU con ventiladores o disipadores. ### ¿De qué están hechas las CPUs? * Están hechas de silicio, un material extraído de la arena. * El silicio se cristaliza en un wafer (oblea) que luego se convierte en chips. ### Creación de Chips * Se utiliza una tecnología llamada láser litográfico extremo ultravioleta. * El fabricante más importante de esta tecnología es ASML (Holanda). * El láser graba estructuras de transistores en el wafer para formar la CPU. ### Cómo mejorar la velocidad de una CPU * Reduciendo el tamaño de los transistores. * Aumentando la cantidad de núcleos (2, 4, 8...). * Mejorando la dispersión térmica y el enfriamiento. ### Pruebas y Clasificación de CPUs * Después de fabricar un chip, se hacen pruebas. * Chips con fallas menores se venden como versiones más económicas (i3, i5). * Chips perfectos se venden como versiones premium (i7). ### Memoria y Jerarquía * Las CPUs tienen memoria interna (registros y caché) de acceso ultra rápido. * La memoria RAM es más lenta pero más grande. * Los datos del disco duro deben pasar por la RAM antes de llegar a la CPU. ### Arquitecturas de CPUs * x86: General, popular en PCs con Windows. * RISC: Conjunto reducido de instrucciones, ideal para servidores. * ARM: Optimizado para bajo consumo de energía, común en móviles. ### Técnicas modernas de procesamiento * Ejecución especulativa: La CPU predice instrucciones para ganar velocidad. * Lenguaje ensamblador: Instrucciones básicas entendibles por la CPU. ### Almacenamiento de Datos en Memoria * Las variables en programación se almacenan en direcciones específicas de la RAM. * La CPU extrae datos de estas direcciones, realiza operaciones y guarda los resultados. ### Otros tipos de Chips Especializados * SoC (System on a Chip): CPU + otros componentes integrados, usado en móviles. * GPU (Graphics Processing Unit): Procesamiento gráfico. * TPU (Tensor Processing Unit): Procesamiento de inteligencia artificial.

Lo del láser litográfico es algo...brutal Y la explicacion grafica...increíble:)

Sería cool entender la relación entre hertz y flops

me sorprendió mucho el video de los átomos de cilicio, no creí que fueran así

por favor, suban los demás videos del curso, gracias

**Oblea de Silicio -> base para constuir transistores**  **Oblea de arequipe -> un buen postre en colombia**  Adefesio de oblea, aqui todo falla. 

Para los mas **nerds** y que les guste la historia les comparto [este video](https://youtu.be/u71Du3nabXI?si=0FnyrcMdWb2VWUqn) del canal LowSpectGamer sobre la historia de como nació el procesador ARM es una historia genial. 🤓

# **¿Qué es una CPU y cómo funciona?** ### **¿Qué tienen en común los dispositivos con pantalla?** Todo dispositivo que tiene software puede ser programado, y eso significa que contiene una **CPU (Unidad Central de Procesamiento)**. Las CPUs están en computadoras, televisores, teléfonos, cajeros automáticos y pantallas de autos. Son el “cerebro” que realiza cálculos y gestiona la información. ### **CPU y memoria RAM: una analogía** Imagina que haces una operación matemática como: * A = 1 * B = 2 * C = A + B Tu cerebro hace el cálculo (como lo hace una CPU) y anotas los números en un papel (como lo haría la memoria RAM). # **Principales marcas de CPU** ### **Para computadoras:** * **Intel**: Xeon, Core i3, i5, i7 * **AMD**: Ryzen ### **Para móviles:** * **Apple**: chips M1, M2, M3, A1, etc. * **Huawei** y **Snapdragon** también fabrican CPUs móviles. # **¿Qué es una CPU por dentro?** ### **Componentes internos:** * Hechas de **transistores**, pequeños interruptores electrónicos. * Ejecutan operaciones matemáticas, mueven y modifican datos. * Cada operación se hace en un **ciclo**, medido en **hertz (Hz)**. ### **¿Cómo se mide la velocidad?** * 1 MHz = 1 millón de ciclos por segundo. * 1 GHz = 1,000 millones de ciclos por segundo. Más ciclos por segundo = más calor, por eso se usan ventiladores en los chips. # **Fabricación de chips** ### **De la arena al chip:** * Se usa **silicio**, el mismo material de la arena. * Se funde en un cristal llamado **wafer**. * Se graba con luz usando **láseres litográficos ultravioleta extremos**. ### **¿Cómo funciona esta tecnología?** * Se dispara un láser a una gota de estaño en un vacío. * La luz reflejada pasa por una **máscara fotográfica** con el diseño del chip. * El diseño se graba en la oblea de silicio y se limpia con químicos. Este proceso construye estructuras atómicas que forman los **transistores**. # **La miniaturización y la eficiencia** * Los transistores actuales están separados por apenas 10 a 25 átomos. * Se construyen en **capas tridimensionales**, como un rascacielos. * Esto permite tener millones de transistores en un solo chip. ### **¿Quién hace estas máquinas?** Solo **ASML**, una empresa holandesa, fabrica los láseres más avanzados del mundo. # **Cómo hacer una CPU más rápida** 1. **Más transistores**: haciéndolos más pequeños. 2. **Más electricidad**: pero genera más calor, así que se requiere mejor refrigeración. 3. **Más núcleos**: para hacer varias tareas al mismo tiempo. # **Clasificación de los procesadores** * **Core i3, i5, i7**: todos son el mismo chip. Los que tienen fallos se venden como i3; los perfectos, como i7. * Se prueban todos los núcleos, y se clasifican según su rendimiento. # **Tipos de memoria** * **Registros y caché**: pequeñas memorias internas, muy rápidas (1-20 nanosegundos). * **RAM**: memoria externa, más lenta (70 nanosegundos), pero mayor capacidad. * La RAM guarda datos temporalmente; se borra al apagar el equipo. # **Arquitectura de procesadores** ### **¿Qué es una arquitectura?** Es el diseño interno del procesador: sus instrucciones, núcleos, memoria y transistores. ### **Principales arquitecturas:** * **x86**: común en PC y laptops, de Intel y AMD. * **RISC**: con menos instrucciones, usada en servidores. * **ARM**: eficiente en consumo de energía, ideal para móviles. ### **Ejecución especulativa** * Los chips intentan predecir qué instrucciones se usarán, para ahorrar energía y ser más rápidos. * Puede tener riesgos de seguridad. # **El lenguaje de las CPUs** ### **Lenguaje ensamblador:** * Instrucciones básicas que entiende la CPU. * Todo lenguaje de programación se traduce a este mediante **compilación**. ### **Historia:** * Antes, se programaba con **tarjetas perforadas**, que representaban instrucciones binarias. # **Cómo se procesa una operación** Ejemplo: A = 1, B = 2, C = A + B 1. Se guardan A y B en la RAM. 2. La CPU suma esos valores. 3. El resultado (3) se guarda en la posición de memoria de C. ### **Apuntadores:** * Las variables A, B y C son direcciones en la memoria RAM. # **Otros tipos de chips** * **CPU**: procesamiento general. * **GPU**: procesamiento gráfico. * **TPU**: procesamiento de inteligencia artificial. * **SoC (System on a Chip)**: integran múltiples funciones en un solo chip, como los de teléfonos móviles.

### 🖥️ ¿Qué pasa dentro de tu computador cuando lo usas? Cada vez que escribes un documento o escuchas música en Spotify 🎵, una pequeña maravilla tecnológica ocurre en tu dispositivo: **la CPU (Unidad Central de Procesamiento)** entra en acción. Esta es el "cerebro" de la computadora, encargado de ejecutar millones de instrucciones por segundo, como si resolviera operaciones matemáticas a toda velocidad 🧮⚡. 🧠 **Imagina que tu CPU es como un chef preparando una receta.** Toma los ingredientes (datos temporales de la RAM), hace los cálculos necesarios y vuelve a guardar el resultado. ### 🧰 ¿Y la RAM? Tu mesa de trabajo digital La **memoria RAM** es como una gran mesa donde el chef (CPU) organiza todos los ingredientes que necesita al instante. Todo lo que se ejecuta, desde programas hasta juegos, pasa por ella temporalmente. 💡 Pero ten cuidado: al apagar tu computador, **la RAM lo olvida todo**, a diferencia del disco duro que guarda la información de forma permanente. ### ⚙️ ¿Qué tan rápida es la CPU? La velocidad se mide en **Hertz (Hz)**. Por ejemplo, una CPU de **3 GHz** puede realizar ¡3.000 millones de ciclos por segundo! 😲 Sin embargo, tanta energía genera **calor**, igual que una manguera que se calienta cuando aumenta la presión del agua 🚿🔥. Por eso los equipos necesitan ventiladores o sistemas de refrigeración. ### 🧑‍🍳 ¿Un solo chef? ¡Mejor varios! Las CPUs modernas tienen **múltiples núcleos**. Es como tener varios cocineros en la cocina trabajando en paralelo. Así, la computadora puede hacer muchas tareas al mismo tiempo sin trabarse. ### 🏗️ Arquitecturas: ¿x86 o ARM? * **x86:** Más poderosa pero más “tragona” de energía ⚡. Ideal para PCs de escritorio. * **ARM:** Más eficiente y fresca ❄️. Perfecta para celulares y tablets, porque alarga la batería. ### 🧬 ¿Cómo se fabrica una CPU? Todo empieza con **arena**, de la que se obtiene silicio 🏖️➡️💿. Luego, con **litografía láser extrema ultravioleta**, se graban patrones diminutos (¡a nivel atómico!) en obleas de silicio para crear **transistores**, los interruptores que permiten que la CPU “piense”. ### 🧠💡 Conclusión: Saber cómo funcionan la **CPU** y la **RAM** es como mirar bajo el capó de un auto de carreras 🚗💨. Nos permite entender por qué nuestros dispositivos funcionan como lo hacen… y valorar aún más la tecnología que usamos cada día.

- **CPU (Procesador)**: Unidad central de procesamiento donde se realizan las operaciones matemáticas. - **RAM (Memoria de acceso aleatorio)**: Almacena datos temporalmente mientras la CPU los procesa. - **Ciclos y Hertz**: Medida de la velocidad del procesador; más Hertz significa más ciclos por segundo. - **Transistores**: Elementos básicos dentro de la CPU que ejecutan operaciones. - **Arquitecturas**: Tipos de diseño de procesadores, como x86, RISC y ARM. - **Ejecución especulativa**: Proceso donde la CPU predice instrucciones para mejorar el rendimiento. - **Lenguaje de ensamblador**: Instrucciones en un formato cercano al humano que la CPU entiende.

La clase se centra en el funcionamiento de la CPU y la RAM. La CPU procesa datos mediante transistores y ciclos de electricidad, medidos en Hertz. Se discuten las marcas de CPUs, el silicio como material base, y el proceso de fabricación de chips usando láseres litográficos. La memoria RAM almacena datos temporalmente y su acceso es más lento que el de los registros internos de la CPU. Además, se explican las arquitecturas de procesadores (x86, RISC, ARM) y conceptos de eficiencia y ejecución especulativa.

De lo más interesante es los "lasers litograficos". Interesante que Freddy Diga que es la maquina avanzada de la existencia de la especie humana.

sobre eso del procesamiento predictivo o especulativo no sabia nada que interesante y un poco aterrador.

el cristal de silicio puro es eso, cristal de cilicio puro, los wafers u obleas (así le decimos en Colombia) de silicio son laminas delgadas de silicio puro que están destinadas para que por medio de la fotolitografía se creen esos increíbles microcircuitos que luego serán metidos en chipsets y son esos a los que le llamamos procesadores.

Felicitaciones por tan excelente contenido, todos esos conceptos te hace boom mental, y te hace recordar cosas “desempolvar conocimientos”, jeje aunque escribieron mal eléctricos en el min2 ( en la Expo)

Es genial saber que vivimos en la era en que creamos millones de cosas maravillosas en el vacío absoluto del universo al instante y que la humanidad es capaz de mover distancias atómicas

Hertz = cliclo x segundo 1 MHz = 1 000 000 Giga = 1 000 000 000 3 GHz = 3 000 000 000 A mas GHz = más corriente fluyendo por el procesador. A más corriente + calor. A más calor... se puede quemar el Chip. A más calor, menos velocidad. A más frío, más corriente y más velocidad. TODO Chip está hecho de Silicio (Átomo con 14 protones) El Silicio se procesa con la máquina más avanzada de existencia de la humanidad y se convierte en 'Wafer de silicio', esta maquina usa 'Láseres litográficos'. Láseres litográficos extremo ultravioleta es el láser que se usa en la época moderna, cuasi sacado de la ciencia ficción. A más procesadores, más procesos al mismo tiempo.

**Resumen de la clase:** En esta clase se explicó que las **CPUs** (Unidades Centrales de Procesamiento) son esenciales para procesar datos en todos los dispositivos. La **memoria RAM** almacena datos temporalmente. Se mencionó que las **CPUs** están compuestas por **transistores**, que realizan operaciones matemáticas y se miden en **Hertz**. El diseño de **chips** involucra el uso de **silicio** y tecnología de **láser litográfico**. La **arquitectura** de un procesador puede ser **x86**, **RISC** o **ARM**, y se aborda la ejecución especulativa. También se discutieron los **registros** y **caché** que ayudan en el procesamiento eficiente de datos. **Glosario:** - **CPU**: Unidad Central de Procesamiento, responsable de realizar cálculos y ejecutar instrucciones en un dispositivo. - **Memoria RAM**: Memoria de acceso aleatorio que almacena datos temporales y se borra al reiniciar el dispositivo. - **Transistores**: Componentes electrónicos que realizan operaciones matemáticas en las **CPUs**. - **Hertz**: Unidad de medida que indica ciclos por segundo en un procesador. - **Silicio**: Elemento químico utilizado para fabricar **chips** y **transistores**. - **Láser litográfico**: Tecnología utilizada para crear patrones en los **chips** de silicio. - **Arquitectura**: Diseño y organización de los componentes de un procesador. - **x86**: Arquitectura de procesador comúnmente utilizada en computadoras personales. - **RISC**: Arquitectura que utiliza un conjunto reducido de instrucciones para mejorar la eficiencia. - **ARM**: Arquitectura diseñada para dispositivos móviles, eficiente en el uso de energía. - **Registros**: Memoria pequeña dentro de la **CPU** que almacena datos temporales. - **Caché**: Memoria utilizada para acelerar el acceso a datos frecuentemente utilizados en la **CPU**.

Sinceramente me sorprendió el hecho de que utilizaran hardware como tal, y lo fácil que hicieron ver un proceso tan complicado como la litografía.

La Unidad Aritmético Lógica (ALU) realiza operaciones matemáticas mediante transistores que ejecutan cálculos básicos como suma, resta, multiplicación y división. Cuando se necesita realizar una operación, la CPU envía señales a la ALU indicando qué operación realizar y cuáles son los operandos. Estos operandos provienen de la memoria RAM, donde están almacenados. La ALU procesa la operación en ciclos, utilizando su arquitectura interna. Los resultados se almacenan nuevamente en registros o en la memoria RAM. Así, la ALU es esencial para la ejecución de cálculos dentro del procesamiento de la información en la CPU.

apuntes de clase **🧠(1/6) Qué es una CPU?** Significa unidad de procesamiento central. Es el cerebro 🧠 del compu. Sus funcioens 🛠️ son * Extraer instrucciones de la memoria RAM * Decodificar la informacion de estas instrucciones * Ejecutar las instrucciones (por ejemplo sumar numeros) * Guardar el resultado en alguna direccion de memoria o puntero Existen diversos fabricantes de CPUs * Chips M (Mac) → Siguen la arquitectura ARM🍎 * Chips AMD e Intel → Comunes en Laptops y PCs💻 * Chips Snapdragon (de Qualcomm) → Comunes en celulares y tablets🤳🏻 La velocidad de las CPUs se miden por cuantos ciclos🕧🕒 se recorren en un segundo (Hertz). A mayor velocidad = mayor cantidad de cliclos por segundo = mas calor (por ello los fabricantes deben optimizar la disipacion del calor🔥). En cada ciclo, la CPU activa ciertos transistores para realizar una operacion. Una operacion puede necesitar varios ciclos y varios transistores. **📝(2/6) Qué es la RAM?** Es una memoria temporal que la CPU usa como “papel para escribir”. Cosa que pueda guardar informacion rapidamente. * 📥Guarda instrucciones y programas que esten en uso * 💡Una vez apagas el compu, toda esa informacion se pierde **✋🏻(3/6) Memoria Caché** Es otro tipo de memoria, se encuentra **dentro** o **muy cerca** de la CPU y es mas rapida que la RAM. Sirve para guardar informacion a la que se accede **muy** **frecuentemente** Asi pues, una forma de imaginarlo es pensar en el **disco duro** como la nevera, en donde cabe mucha comida pero te demoras mas, la **RAM** es como tu mesa de trabajo, donde colocas todos tus ingredientes para cocinar. Y la **memoria cache** es tus manos, **🃏(4/6) Tarjeta Madre -Motherboard-** Es como el sistema nervioso central de un computador: Conecta los componentes principales CPU🤝🏻RAM🤝🏻Disco🤝🏻GPU, etc. **🍟(5/6) Arquitecturas de chips e Instrucciones** * Las 🧾**instrucciones** son tareas repetitivas y simples. Existen arquitecturas para optimizar la ejecucion de instrucciones * Las **arquitecturas**📃 son esquemas que definen **como se interpretan las instrucciones.** Algunos ejemplos son * RISC → Computador con conjunto reducido de instruccions * ARM → Es una optimizacion de RISC; mas eficiente y popular en moviles📱 * x86 → La mas comun en PCs🖥️ y Laptops💻 * **Ejecucion especulativa o predictiva** → La CPU “adivina” la siguiente instruccion para ahorrar tiempo. Si acierta → todo sigue, si no → borra y reintenta. Es polemica, **🧇(6/6) Silicio y fabricación de chips** El silicio es la materia prima por excelencia de la fabricacion de chips (Es un material semiconductor muy abundante) * Para fabricar los circuitos se usa **litografía láser** para dibujar circuitos diminutos sobre una wafer de silicio (oblea). ASML es la empresa mas especializada en esto * Los transistores dentro de una CPU miden nanómetros y estan separados por pocos atomos de distancia…increible!!!!

Le pregunté a ADA si el laser litografico funciona como una impresora 3D y me respondio: La analogía entre el láser litográfico y la impresión 3D es interesante. Ambos procesos crean estructuras en materiales (silicio en el caso de los chips y plástico, metal u otros en la impresión 3D) a partir de un diseño digital. Sin embargo, el láser litográfico utiliza un enfoque **altamente preciso** y **escala atómica** para dibujar patrones de transistores en la oblea de silicio, mientras que la impresión 3D generalmente agrega material capa por capa. Además, la litografía se basa en la manipulación de la **luz** y la **química** para formar circuitos, a diferencia de la técnica de deposición de materiales en 3D.