¿Qué es una MPU?
Una MPU (en inglés: Micro Processing Unit) es un dispositivo semiconductor que realiza procesamientos numéricos y lógicos según un programa. También llamados microprocesadores, desempeñan un papel fundamental en los ordenadores.
Cuando se desarrollaron los primeros ordenadores, la tecnología de semiconductores sólo permitía integrar unos pocos miles de transistores en un único chip, pero recientemente ha sido posible integrar hasta mil millones de transistores, y el mayor número de funciones incorporadas en la MPU ha contribuido en gran medida a que los dispositivos sean más pequeños, ligeros y con menor consumo de energía.
Usos de las MPU
Las MPUs están instaladas en todos los ordenadores. Los ordenadores se componen principalmente de esta MPU, memoria, dispositivos de almacenamiento como SSD y HDD, y dispositivos de entrada/salida como teclados, ratones, monitores y altavoces.
Hoy en día, están equipados de serie con una interfaz para la conexión a Internet, y también pueden estar equipados con una GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico) para el procesamiento de gráficos o un procesador vectorial para el procesamiento de IA, y se utilizan para 3DCG, diversos tipos de reconocimiento, etc.
Un dispositivo similar a la MPU es la MCU (English: Micro Control Unit), mientras que la MPU se instala en productos de uso general, principalmente ordenadores, la MCU se instala en electrodomésticos como equipos audiovisuales, equipos industriales y automóviles, y se utiliza con el propósito limitado de controlar el equipo.
Las MCU se utilizan en electrodomésticos como equipos audiovisuales, equipos industriales y automóviles con el propósito limitado de controlar los equipos.
En los últimos años, la frontera entre las MPUs y las MCUs se ha difuminado a medida que aumenta el número de productos que ejecutan programas de usuario en dispositivos de uso limitado, como los smartphones.
Principio de la MPU
Las MPUs contienen una unidad central de procesamiento (CPU) que procesa las instrucciones y los datos leídos de la memoria. También lleva incorporada una unidad de gestión de memoria, que convierte las direcciones lógicas visibles para el programa y las direcciones físicas visibles para el hardware, y una memoria caché, que acelera el acceso a la memoria y reduce el tiempo de procesamiento de los programas.
Toda la MPU funciona con un reloj generado por el generador de reloj incorporado. Algunas MPU funcionan con relojes de varios GHz, en cuyo caso pueden realizarse miles de millones de cálculos por segundo.
Los resultados del procesamiento en la MPU también se envían a los dispositivos de salida -monitores, altavoces, impresoras, etc.- para controlar el funcionamiento de los dispositivos respectivos.
Tipos de MPUs
Las MPUs se clasifican a grandes rasgos en dos tipos según su arquitectura: CISC y RISC. La arquitectura describe el concepto de diseño y se refiere específicamente al conjunto de instrucciones.
Un conjunto de instrucciones es un conjunto de instrucciones que la MPU lee directamente y está representado por 0s y 1s. La programación normal utiliza un lenguaje de programación denominado lenguaje de alto nivel, que es convertido por el compilador del SO en un conjunto de instrucciones expresado en 0/1 y ejecutado por la MPU.
1. CISC
CISC (en inglés: Complex Instruction Set) es un método en el que una sola instrucción ejecuta una serie de procesos complejos. Se puede decir que es un método aritmético que pretende mejorar el rendimiento del microordenador completando el procesamiento con el menor número de instrucciones posible.
Algunas instrucciones ejecutan procesos sencillos, en cuyo caso también se denominan conjuntos de instrucciones de longitud variable porque la longitud en bits de la instrucción se acorta, lo que da lugar a un tamaño compacto del programa. Por este motivo, suelen utilizarse en aplicaciones de control en las que sólo se escribe un programa predefinido en la ROM interna y se ejecuta el procesamiento.
2. RISC
RISC (Reduced Instruction Set) es un tipo de sistema de ejecución de instrucciones en el que cada instrucción sólo realiza un proceso simple y, por tanto, la velocidad de ejecución de cada instrucción es alta. En RISCs, la longitud de bits de las instrucciones es fija, por lo que también se denomina conjunto de instrucciones de longitud fija, y está pensado para aplicaciones de propósito general como los ordenadores.
Aunque es menos común que los dos tipos anteriores, también existe un tipo de MPU llamada VLIW (Very Long Instruction Word), que tiene una longitud de instrucción de 128 bits o más y ejecuta múltiples instrucciones simultáneamente a gran velocidad.
Más Información sobre la MPU
Evolución de la MPU
Las MPUs han evolucionado a la par que la tecnología de semiconductores. La primera MPU del mundo fue la Intel 4040 de 4 bits, construida por los japoneses en una regla de proceso de 10um, con 2.200 transistores integrados y funcionando a 750 KHz.
Las últimas MPUs se construyen en reglas de proceso de varios nm, integran miles de millones de transistores y funcionan a varios GHz. La tecnología de semiconductores se acerca a la barrera del tamaño atómico, pero sigue evolucionando con el desarrollo de tecnologías que permiten formar también en vertical transistores que antes se formaban sobre una superficie plana.
Al mismo tiempo, se está avanzando en la realización de MPUs hechas de semiconductores en dispositivos ópticos, y también se está investigando y desarrollando la realización de procesadores cuánticos, por lo que se espera que la evolución de las MPUs continúe en el futuro.