Las CPU, o Unidades Centrales de Procesamiento, son uno de los componentes más importantes de cualquier sistema informático. Se trata del cerebro de la máquina, el encargado de procesar la información y ejecutar las instrucciones necesarias para que el ordenador funcione correctamente. Pero, más allá de su papel en la informática, las CPU desempeñan un papel fundamental en la industria, siendo una pieza clave en la fabricación y diseño de muchos productos.
Desde la fabricación de semiconductores hasta el control de procesos en fábricas, las CPU tienen múltiples aplicaciones en la industria. Su capacidad para procesar grandes cantidades de información en tiempo real, su fiabilidad y su capacidad de adaptación a diferentes entornos, los convierten en un elemento esencial para muchos sectores. Desde que aparecieron, las CPU no paran de revolucionar la industria.
¿Qué son las CPU?
Nos dice en la revista Xataca que la CPU es el cerebro de cualquier dispositivo. El microprocesador encargado de seguir las instrucciones mecánicas del aparato, leer las órdenes del sistema operativo y cumplir las instrucciones de cada componente o aplicación.
Cuando encendemos un ordenador tardan unos segundos en aparecer la pantalla principal. En ese tiempo se están realizando una serie de acciones ordenadas por la CPU. Lo mismo sucede cuando abrimos el navegador. Cuanto más potente sea la CPU, menos tiempo tardarán en ejecutarse las órdenes.
La CPU es un dispositivo cuadrado, metálico, que suele instalarse en la placa base del ordenador. No va soldado, por lo que se puede cambiar. En un principio contenía un solo chip, que se encargaba de realizar los cálculos y las operaciones, pero con el tiempo han ido evolucionando. Así, por ejemplo, si escuchamos que nuestro ordenador tiene un procesador Dual Core, de doble núcleo, es que la CPU tiene dos chips en su interior. Algunas tecnologías como la Intel o la AMD permiten ejecutar dos hilos de órdenes simultáneamente. Es como si en los hechos tuvieran dos núcleos.
La CPU cumple una serie de funciones y está formado por diferentes componentes. Estos son los más importantes:
- Unidad de Control: esta es la parte del CPU que controla y dirige las operaciones del ordenador. Es la encargada de recuperar las instrucciones del programa de la memoria y decodificarlas para que la CPU pueda ejecutarlas.
- Unidad Aritmético-Lógica (ALU): la ALU es la parte del CPU que realiza las operaciones aritméticas y lógicas. Es decir, es la que se encarga de realizar cálculos, comparaciones y operaciones de lógica.
- Registros: los registros son áreas de almacenamiento de alta velocidad dentro del CPU que se utilizan para almacenar datos y resultados temporales de operaciones realizadas por la ALU.
- Caché: la caché es un tipo de memoria de alta velocidad que se utiliza para almacenar datos y programas que se usan con frecuencia. Esto permite que la CPU pueda acceder a ellos más rápidamente que si tuviera que extraerlos de la memoria principal.
- Reloj: el reloj es el encargado de sincronizar las operaciones del CPU con el resto del sistema. La velocidad del reloj se mide en Hertzios (Hz) y se refiere a la cantidad de ciclos que puede realizar por segundo.
Aunque los asociamos con los ordenadores, su presencia en la industria es determinante, sobre todo con la tecnificación de los procesos industriales.
Diferencias entre las CPU de los ordenadores personales y los de uso industrial.
Una de las principales diferencias es la durabilidad y la fiabilidad. Las CPU que se utilizan en la industria están diseñados para funcionar en entornos más exigentes y durante largos periodos de tiempo, por lo que están construidos con componentes más resistentes y duraderos que los que se utilizan en los ordenadores personales. Las CPU industriales a menudo tienen características de protección contra la suciedad, el polvo y la humedad, lo que los hace más adecuados para entornos difíciles como fábricas, plantas químicas y minas.
Otra diferencia importante es la capacidad de procesamiento. Las CPU industriales suelen tener una capacidad de procesamiento mayor que las CPU de los ordenadores personales, ya que a menudo necesitan procesar grandes cantidades de datos en tiempo real. Las CPU industriales pueden estar diseñados para realizar tareas específicas, como el control de procesos en una fábrica, lo que requiere una mayor capacidad de procesamiento y una mayor personalización en su diseño.
Las CPU industriales tienen diferentes requisitos de conectividad. A menudo necesitan conectarse a una variedad de dispositivos de entrada y salida, como sensores, actuadores y pantallas, que utilizan protocolos de comunicación especializados como Modbus, CAN y Profibus, diferentes a los utilizados en la informática doméstica. Las CPU de los ordenadores personales, por otro lado, se conectan a periféricos más comunes como teclados, ratones y monitores a través de interfaces estándar como USB y HDMI.
Los expertos de RCA, una empresa distribuidora de equipos industriales electrónicos de Siemenes y Yaskawa, nos comentan que cuando un productor integra una CPU en su planta industrial lo hace moviéndose por criterios de eficiencia y fiabilidad. En la industria interesan CPU potentes que realicen una gran cantidad de operaciones al mismo tiempo y que no fallen en ningún momento.
Breve historia de las CPU en la industria.
Un estudio publicado por la Universidad Internacional de Zaragoza (UNIZAR) señala que la primera vez en la historia en la que se instaló una computadora para controlar un proceso industrial fue en la refinería de Por Arthur, en Texas, propiedad de la Compañía Texaco, el 15 de marzo de 1959. A partir de aquel momento, la planta comenzó a funcionar en bucle, controlada por una CPU muy rudimentario.
A finales de los años 50, la compañía química norteamericana Monsanto se empeña en incorporar la informática en sus plantas industriales. El primer experimento lo realiza en enero de 1960, en su fábrica de amoniaco de la ciudad de Luling. Su computadora cumple funciones de supervisión, no de control de toda la maquinaria.
La propia Monsanto invierte en I+D y desarrolla un sistema computarizado de Control Digital Directo (DCC). La CPU controla todo el proceso de la planta química, toma las medidas en cada fase y calcula la acción a aplicar. Estos primeros computadores industriales almacenaban los datos en memorias magnéticas, eran muy ruidosos, ocupaban mucho espacio y eran caros de mantener.
En los años 70 se desarrollan los microcomputadores para el control de procesos industriales. En poco tiempo se multiplica su uso y se pasa de 5.000 CPU utilizadas en la industria en 1970 a 50.000 en 1975. Los microcomputadores comienzan a ser rentables para controlar un proceso concreto. Su uso se va extendiendo poco a poco a diferentes ramas de la industria: automoción, aeronáutica, farmacéutica, etc.
En 1983 se encarga al Pentágono, el Departamento de Defensa de los EEUU, que desarrolle un lenguaje nuevo para la programación de las CPU. Este lenguaje se llama ADA y su finalidad era la programación y diseño de sistemas empotrados, que permitía la cooperación, comunicación e interrelación de diferentes procesos, y que se utilizó, en un principio, con fines militares y en la industria armamentística.
En los años 90, este sistema se traspasa a la industria civil, y a partir de 1995 se convierte en el lenguaje más empleado en el ámbito industrial de toda Europa. El ADA permite la programación orientada a objetos y presenta mejoras en el tratamiento de las acciones a tiempo real.
Frente a lo que se pueda pensar, las necesidades de la industria son las que van marcando la evolución de la informática.
Aplicaciones concretas de las CPU en la industria.
Para que veamos lo importante que son las CPU en la industria, vamos a cogernos un sector concreto, la industria alimentaria. Estas son algunas de las tareas que llevan a cabo los microprocesadores:
- Control de procesos de fabricación: Las CPU se utilizan para controlar los procesos como la mezcla, la cocción y el empaquetado. Con ellas se monitorizan las temperaturas, los niveles de líquidos y ajustan automáticamente las variables del proceso para garantizar que se cumplan los estándares de calidad y seguridad alimentaria.
- Control de la cadena de suministro: Las CPU también se utilizan para controlar la cadena de suministro. Por ejemplo, en un sistema de automatización de almacenes, un microprocesador puede controlar el flujo de materiales, desde la recepción hasta el almacenamiento y la distribución, minimizando los costos de transporte y almacenamiento.
- Etiquetado y seguimiento: Con las CPU se controlan las impresoras de etiquetas, garantizando que se impriman correctamente y se adhieran a los envases. Pueden rastrear los productos a lo largo de la cadena de suministro, desde la producción hasta el punto de venta, utilizando la lectura de códigos de barras y los sistemas de identificación por radiofrecuencia.
- Control de calidad: Son un instrumento fundamental para llevar un control de calidad óptimo. Por ejemplo, en una línea de producción de alimentos, una CPU puede controlar los sensores y cámaras de inspección para detectar defectos en los productos, como el tamaño, la forma o la calidad.
La digitalización de la industria es anterior a la de la sociedad y las CPU son un elemento clave para su desarrollo.
