Uno de los temas que más me cuesta que los alumnos entiendan es el ciclo de instrucción o ciclo de la CPU. No es que sea muy complicado. El problema es que hay muchos conceptos, muchos pasos, muchos componentes involucrados y además, todo ocurre a nivel microscópico por lo que es complicado de entender algo que no puedes ver. Solución: hacer un simulador que realice una animación de cómo funciona la RAM, la CPU y los registros y cómo se realiza el ciclo de la CPU, el llamado fetch-decode-execute cycle en inglés. Vamos a ver en este artículo un mini-tutorial para que entiendas cómo usar esta aplicación y en qué te puede ayudar.
¿Qué hay dentro de una CPU?

¿Qué es una CPU?
La CPU, o Unidad Central de Procesamiento, es el cerebro de la computadora. Es un chip electrónico diseñado para ejecutar instrucciones siguiendo una secuencia precisa. Sin embargo, a diferencia de un cerebro humano, la CPU no puede improvisar ni pensar por sí misma. Su comportamiento está completamente determinado por las instrucciones que recibe y el ciclo que sigue para procesarlas.
¿Cuáles son las partes de una CPU?
Basándonos en una CPU sencilla, con sólo un core y teniendo en cuenta que sigue la Arquitectura Von Neumann, las partes fundamentales de una CPU son:
1. Unidad de Control (Control Unit, CU)
La Unidad de Control (CU) es el director de operaciones dentro de la CPU. Su función principal es coordinar y gestionar todas las actividades que ocurren durante el procesamiento de instrucciones. A diferencia de la ALU, que realiza cálculos, la Unidad de Control no manipula datos directamente, sino que actúa como un supervisor que indica a cada componente lo que debe hacer y cuándo hacerlo.
Cuando la CPU comienza a procesar una instrucción, la Unidad de Control interpreta la orden y genera señales de control eléctricas que activan diferentes partes del procesador. Por ejemplo, ordena a los registros que almacenen datos, a la memoria que envíe o reciba información, y a la ALU que realice cálculos específicos.
Todo este proceso ocurre siguiendo un ritmo dictado por el reloj del sistema, que sincroniza cada acción. Sin la Unidad de Control, la CPU sería un conjunto de circuitos descoordinados incapaces de funcionar en armonía. Es como un director de orquesta que no toca ningún instrumento, pero asegura que cada músico actúe en el momento exacto para crear una ejecución perfecta.
2. Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
Otro componente esencial es la Unidad Aritmético-Lógica (ALU), responsable de realizar cálculos matemáticos y comparaciones lógicas. Cuando la CPU necesita realizar operaciones como sumar números o comparar valores, la ALU se encarga de ejecutar estas operaciones. Cualquier dato o resultado intermedio que provenga de estas operaciones, se guarda en un registro especial llamado Acumulador (ACC).
3. Los registros
Dentro de la CPU encontramos pequeños bloques de memoria ultrarrápida llamados registros. Estos registros son áreas de almacenamiento temporal que permiten guardar datos esenciales para procesarlos rápidamente. Algunos registros clave incluyen el Contador de Programa (PC), el Registro de Instrucción (IR) y el Acumulador (ACC), cada uno con una función específica.
El Contador de Programa es el encargado de llevar un registro de la ubicación de la siguiente instrucción que debe ejecutarse. Actúa como un marcador que avanza a lo largo de una lista de tareas almacenadas en la memoria principal (RAM). Sin este registro, la CPU no sabría qué hacer después de completar una operación.
Por otro lado, el Registro de Instrucción es donde se almacena temporalmente la instrucción que se está ejecutando en un momento dado. Su función es similar a una bandeja donde se coloca una tarea antes de realizarla.
Finalmente, el Acumulador es el registro donde se guardan los resultados de cálculos y operaciones lógicas. Si la CPU realiza una suma, el resultado se almacena en el Acumulador antes de ser enviado a la memoria principal o utilizado en operaciones futuras.
El Ciclo de la CPU: Fetch-Decode-Execute
Hasta ahora, ya hemos visto cuáles son los componentes fundamentales de una CPU básica siguiendo el modelo de Von Neumann. Ya es hora de que hablemos de cómo las instrucciones y los datos se ejecutan dentro de ella.
La CPU realiza este proceso en tres pasos esenciales: buscar (Fetch), decodificar (Decode) y ejecutar (Execute). Veamos qué ocurre en cada uno de ellos, teniendo en cuenta que este ciclo se repite millones de veces por segundo.
1. Fase de Buscar (Fetch)
El proceso comienza cuando el Contador de Programa señala la ubicación de la siguiente instrucción en la memoria RAM. Esta dirección se envía a través de un bus de direcciones, un conjunto de líneas eléctricas que conectan la CPU con la memoria.
Una vez localizada la instrucción, su contenido es transferido a la CPU mediante el bus de datos y almacenado temporalmente en el Registro de Instrucción. El Contador de Programa se incrementa automáticamente para apuntar a la siguiente instrucción, asegurando que el proceso continúe sin interrupciones.
En términos simples, esta etapa es como si un lector buscara la siguiente línea de texto en un libro antes de leerla en voz alta.
2. Fase de Decodificar (Decode)
Con la instrucción almacenada en el Registro de Instrucción, la CPU comienza a interpretarla. Esta tarea es realizada por una unidad llamada Decodificador de Instrucciones, que descompone la instrucción en partes más simples llamadas códigos de operación (opcodes) y operandos.
El código de operación indica qué acción debe realizarse, como sumar, almacenar datos o realizar una comparación. El operando especifica el valor o la dirección de memoria involucrada en la operación.
Por ejemplo, una instrucción típica podría ser algo como «ADD 5», donde «ADD» es el código de operación (realizar una suma) y «5» es el operando (el valor a sumar). La CPU ahora sabe exactamente qué hacer y dónde hacerlo.
Esta fase es como si un chef leyera una receta y tradujera cada paso en acciones específicas antes de comenzar a cocinar.
3. Fase de Ejecutar (Execute)
La última etapa es donde ocurre la acción real. La CPU envía señales eléctricas a sus componentes internos para realizar la operación solicitada.
Si la instrucción es un cálculo, como sumar dos números, la ALU toma el control. Realiza la operación matemática y guarda el resultado en el Acumulador. Si la instrucción implica mover datos a la memoria principal, la CPU transfiere los datos utilizando el bus de datos.
Esta fase es como cuando el chef comienza a cocinar según los pasos leídos y preparados previamente.
El simulador del Ciclo de la CPU, hecho con Claude AI
Por experiencia te digo, explicar esto a alumnos de secundaria no es fácil. Así que le he pedido a Claude AI que me eche una mano para fabricar un simulador sencillo de una CPU con sus registros, una RAM y los buses.
Y ¡ya está hecho! Lo puedes ver en la siguiente imagen.

Las partes del simulador
Claude AI me ha generado el siguiente simulador que, cómo se puede ver en la imagen, consta de las siguientes partes:
- A la izquierda, una tabla que simula la memoria RAM con dos columnas:
- la dirección de memoria en la que está guardado el dato/instrucción
- la instrucción (comando) o datos que están almacenados en ese dirección de memoria

- A la derecha, una CPU donde hay otra tabla con dos columnas:
- Las abreviaciones de los registros de la CPU
- los datos/instrucciones que guardan en cada momento

- En la parte inferior la zona de buses, donde, con colores se muestra qué bus se está usando en cada momento y que dato/instrucción lleva. Recuerda que en una CPU hay tres buses: de direcciones, de datos y de control.

- En la parte superior, la zona de control de la simulación, con tres botones:

- 🟢 Botón de Play: Inicia la ejecución automática de las instrucciones
- 🟡 Botón de Pausa: Detiene la ejecución en cualquier momento
- 🟣 Botón de Paso: Te permite avanzar instrucción por instrucción manualmente
- 🔵 Botón de Reinicio: Vuelve todo al estado inicial
El programa de la simulación del ciclo de la CPU
Para que puedas probar el simulador, verás que la memoria RAM ya tiene un programa pre-cargado. Es un programa muy simple que hace lo siguiente:
- Carga un dato almacenado en la posición de memoria 4, mediante la instrucción LDA 4
- Le suma el dato almacenado en la posición de memoria 5, usando la instrucción ADD 5
- Guarda el resultado en la posición de memoria 6, usando la instrucción LDA 6
- El programa se termina, mediante la instrucción END.
Como ves, es un programa muy sencillo pero te puede ayudar a saber cómo funciona una CPU simple.
¿En qué te puede ayudar el simulador del ciclo de la CPU?
Cada paso del programa se visualiza en tiempo real dentro del simulador, mostrando:
- El valor en cada registro en cada momento
- Las operaciones en los buses, indicando qué instrucción/dato/operación transportan en cada momento
- La memoria RAM y el estado de cada una de sus posiciones de memoria
- El estado actual de la CPU, si está operando y qué realiza en cada momento
El simulador del Ciclo de la CPU
En el enlace inferior podrás acceder de forma gratuita al simulador, para que aprendas cómo funciona una CPU.
Te invito a que lo pruebes y dejes tu vaoración en los comentarios. ¿En qué se podría mejorar? ¿Crees que es una buena herramienta para aprender cómo funciona una CPU?
Te leo abajo.
Un saludo
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