Cómo funciona un procesador: del transistor a la ejecución de instrucciones

Un procesador no piensa: ejecuta, una detrás de otra y a una velocidad enorme, órdenes muy sencillas. Intel lo resume en las fichas técnicas de sus procesadores, donde define el juego de instrucciones como el conjunto básico de órdenes que un microprocesador entiende y puede llevar a cabo. Todo lo demás, de la caché a los núcleos, existe para que esas órdenes se ejecuten antes y con menos esperas.

Recorremos el camino entero, del transistor a la ejecución de instrucciones, con las fichas y las páginas explicativas de Intel y de AMD, consultadas el 14 de octubre de 2026. Las cifras de ejemplo salen de dos fichas reales: la del Intel Core Ultra X7 358H y la del AMD Ryzen 7 5800X3D.

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Del transistor a la puerta lógica

La pieza básica es el transistor, un interruptor diminuto que deja pasar la corriente o la corta. Esos dos estados son el uno y el cero con los que trabaja cualquier ordenador. Con unos pocos transistores se construyen las puertas lógicas, circuitos que reciben uno o varios bits y devuelven otro con una regla fija: la puerta Y da un uno solo si las dos entradas lo son; la O, si lo es cualquiera de ellas, y la NO invierte lo que recibe. Encadenando puertas se consigue sumar, comparar o guardar un bit, y de ahí sale todo lo demás.

Los transistores se fabrican con un proceso de litografía, que Intel define como la tecnología de semiconductores con la que se fabrica un circuito integrado. Cada fabricante le pone nombre al suyo: la ficha del Core Ultra X7 358H, de la familia que Intel conocía como Panther Lake, indica Intel 18A, el proceso del que ya contamos lo que reveló un desmontaje sobre su densidad; la del Ryzen 7 5800X3D da TSMC 7nm FinFET para sus núcleos.

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La ALU, los registros y el juego de instrucciones

Con puertas lógicas se monta la unidad aritmético-lógica (ALU), la parte del núcleo que hace las cuentas: sumas, restas, comparaciones y operaciones con bits. Para trabajar necesita los datos a mano, y para eso están los registros, unas pocas celdas de memoria dentro del propio núcleo, las más rápidas del ordenador, donde se guardan los números con los que opera en cada momento y sus resultados.

Qué operaciones sabe hacer un procesador lo fija su juego de instrucciones. La ficha del 358H lo da como de 64 bits, con las extensiones SSE4.1, SSE4.2 y AVX2, y Intel explica que esas extensiones son instrucciones adicionales que pueden mejorar el rendimiento cuando se repite la misma operación sobre muchos datos. La de AMD indica x86-64 para el 5800X3D. Un programa, al final, no es más que una larga lista de esas instrucciones.

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El ciclo de cada instrucción: buscar, descodificar y ejecutar

El núcleo repite siempre el mismo ciclo. Primero busca en la memoria la siguiente instrucción del programa; después la descodifica, es decir, averigua qué operación pide y con qué datos; luego la ejecuta, normalmente en la ALU, y por último guarda el resultado en un registro o en la memoria. Y vuelta a empezar con la siguiente.

Ese ritmo lo marca un reloj interno. Intel define la frecuencia de reloj como el número de ciclos que ejecuta el procesador cada segundo, y sus fichas recuerdan que se suele medir en gigahercios, es decir, en miles de millones de ciclos por segundo.

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Pipeline, ejecución fuera de orden y predicción de saltos

Completar una instrucción entera antes de empezar la siguiente dejaría parada casi toda la circuitería. Por eso los procesadores trabajan en cadena, con lo que las fichas llaman pipeline (segmentación, en castellano): mientras una instrucción se ejecuta, la siguiente ya se está descodificando y otra más se está buscando, como en una cadena de montaje en la que cada puesto hace solo su parte.

La cadena se atasca cuando una instrucción necesita un dato que aún no ha llegado. La ejecución fuera de orden lo esquiva: el núcleo mira por delante, adelanta las instrucciones que ya pueden hacerse y después recoloca los resultados para que el programa vea lo mismo que si todo hubiera ido en orden. El otro atasco son los saltos, las bifurcaciones del tipo «si pasa esto, haz aquello»: para no quedarse quieto hasta saber qué camino toca, el procesador predice cuál será y sigue por ahí; si acierta, no pierde tiempo, y si falla, descarta lo adelantado y retoma el camino bueno.

Son justo las piezas que se pulen de una generación a otra. AMD lo cuenta así de su arquitectura «Zen 5», la de los Ryzen 9000, fabricada en 4 nm: mejor predicción de saltos, pipelines y unidades vectoriales más anchos y ventanas de ejecución fuera de orden más grandes.

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La caché: L1, L2 y L3

La memoria RAM está lejos del núcleo y, para su ritmo, es lenta. La caché lo resuelve: según Intel, es una zona de memoria rápida situada en el propio procesador. Se organiza por niveles; el primero, L1, es el más pequeño y el más cercano a la ALU, y cada nivel siguiente es más grande y algo más lento. Cuando el núcleo necesita un dato, lo busca primero en L1, luego en L2 y luego en L3, y solo si no está en ninguna va a la RAM.

El último nivel suele ser común. Intel llama Smart Cache a la arquitectura que permite a todos los núcleos compartir de forma dinámica el acceso a la caché de último nivel, y su 358H anuncia 18 MB. AMD desglosa los tres niveles en la ficha del Ryzen 7 5800X3D: 512 KB de L1, 4 MB de L2 y 96 MB de L3. Ese modelo lleva la tecnología 3D V-Cache de la marca, que en los Ryzen 9000X3D alcanza hasta 208 MB de memoria en el chip.

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Núcleos e hilos

Todo lo anterior describe un núcleo. Intel lo define como una unidad central de procesamiento independiente dentro de un mismo chip, y un procesador actual lleva varios: el 5800X3D, 8; el 358H, 16, repartidos en 4 de rendimiento, 8 de eficiencia y 4 de eficiencia de bajo consumo. Cada núcleo puede trabajar en un programa distinto, o en partes distintas del mismo programa, a la vez.

Los hilos son otra cosa: un núcleo puede atender más de una secuencia de instrucciones a la vez y aprovechar los huecos que deja una mientras espera un dato. La ficha de AMD lo marca como multihilo (SMT) y da 16 hilos para los 8 núcleos del 5800X3D. Intel lo llama Hyper-Threading y avisa de que, donde aplica, solo está en los núcleos de rendimiento; la ficha del 358H da 16 hilos para sus 16 núcleos. Para repartir el trabajo entre núcleos tan distintos, Intel usa Thread Director, que analiza el rendimiento en tiempo real para colocar cada hilo de una aplicación en el núcleo adecuado. Lo que pide de verdad un trabajo pesado, como ejecutar un modelo de IA en casa, lo vimos en los requisitos para ejecutar un modelo de IA en un PC doméstico.

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Frecuencia e IPC: por qué los gigahercios no lo dicen todo

La frecuencia no es fija. Intel explica que su tecnología Turbo Boost deja al procesador en su frecuencia base con las cargas ligeras y lo sube a una más alta cuando el trabajo aprieta: ir más despacio gasta menos energía, puede reducir el calor y alarga la batería de los portátiles. Las fichas dan las dos cifras: el 358H, 1,9 GHz de base en sus núcleos de rendimiento y hasta 4,8 GHz de frecuencia turbo máxima; el 5800X3D, 3,4 GHz de base y hasta 4,5 GHz. Intel avisa de que un procesador no siempre alcanza su máxima, porque depende de la carga y del margen térmico disponible.

La otra mitad es el IPC, las instrucciones que un núcleo completa en cada ciclo. El rendimiento sale de las dos cosas a la vez: más ciclos por segundo o más trabajo en cada ciclo. Por eso dos procesadores a la misma frecuencia pueden rendir distinto, y por eso un pipeline más ancho, una predicción de saltos más certera o una ventana fuera de orden más grande se notan aunque los gigahercios no cambien. AMD atribuye a esas mejoras de «Zen 5» un aumento de alrededor del 16 % en el IPC de un solo hilo frente a la generación anterior, medido en sus laboratorios en mayo de 2024 contra un sistema «Zen 4».

Las piezas del recorrido, con los datos que publican las dos fichas:

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