Microprocessadores

Processador Pentium III, da Intel.

Vista inferior de um Athlon XP 1800+ núcleo Palomino.

O processador é um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador, por isso é considerado o cérebro do mesmo. Ele também pode ser chamado de Unidade Central de Processamento (em inglês CPU: Central Processing Unit).

Nos computadores de mesa (desktop) encontra-se alocado dentro do gabinete juntamente com a placa-mãe e outros elementos de hardware. No passado, os processadores eram constituídos de elementos discretos e ocupavam grandes espaços físicos. Com o advento da microeletrônica, a válvula foi substituída pelo transistor, e este por sua vez, permitiu integração em alta escala, originando os microprocessadores.

Os processadores trabalham apenas com linguagem de máquina (lógica booleana). Realizam as seguintes tarefas:

- Busca e execução de instruções existentes na memória. Os programas e os dados que ficam gravados no disco (disco rígido ou disquetes), são transferidos para a memória. Uma vez estando na memória, o processador pode executar os programas e processar os dados;

- Controle de todos os chips do computador.

Componentes

O processador é composto basicamente de quatro partes:

Unidade lógica e aritmética

Ver artigo principal: Unidade lógica e aritmética

O componente principal, a Unidade lógica e aritmética (ULA) realiza todas as operações lógicas e de cálculo que serão usadas para executar uma tarefa.

Unidade de Controle

Ver artigo principal: Unidade de controle

A Unidade de controle (UC) é responsável pela tarefa de controle das ações a serem realizadas pelo computador, comandando todos os outros componentes.

Registradores

Ver artigo principal: Registrador

Os registradores são pequenas memórias velozes que armazenam comandos ou valores que utilizados no controle e processamento de cada instrução. Os registradores mais importantes são: - Contador de Programa (PC) – Sinaliza para a próxima instrução a ser executada; - Registrador de Instrução (IR) – Registra a instrução da execução; Os outros realizam o armazenamento de resultados intermediários.

Memory Management Unit

Ver artigo principal: Memory Management Unit

A MMU (em inglês: Memory Management Unit) é um dispositivo de hardware que transforma endereços virtuais em endereços físicos e administra a memória principal do computador.

Frequência de Operação

O relógio do sistema (Clock) é um circuito oscilador a cristal (efeito piezoelétrico) que tem a função de sincronizar e ditar a medida de tempo de transferência de dados no computador. Esta freqüência é medida em ciclos por segundo, ou Hertz. A capacidade de processamento não está relacionada exclusivamente à frequência do relógio, mas também a outros fatores como: largura dos barramentos, quantidade de memória cachê, arquitetura do processador, tecnologia de co-processamento, tecnologia de previsão de saltos (branch prediction), tecnologia de pipeline, conjunto de instruções etc.

O aumento da frequência de operação nominal do processador é denominado Overclocking.

Arquitetura

Existem duas principais arquiteturas usadas em processadores:

• A arquitetura de Von Newmann. Esta arquitetura caracteriza-se por apresentar um barramento externo compartilhado entre dados e endereços. Embora apresente baixo custo, esta arquitetura apresenta desempenho limitado pelo gargalo do barramento.
• A arquitetura de Harvard. Nesta arquitetura existem dois barramentos externos independentes (e normalmente também memórias independentes) para dados e endereços. Isto reduz de forma sensível o gargalo de barramento, que é uma das principais barreiras de desempenho, em detrimento do encarecimento do sistema como um todo.

Modelos de Computação

Existem dois modelos de computação usados em processadores:

• CISC (em inglês: Complex Instruction Set Computing, Computador com um Conjunto Complexo de Instruções), usada em processadores Intel e AMD; possui um grande conjunto de instruções (tipicamente centenas) que são armazenadas em uma pequena memória não-volátil interna ao processador. Cada posição desta memória contém as microinstruções, ou seja, os passos a serem realizados para a execução de cada instrução. Quanto mais complexa a instrução, mais microinstruções ela possuirá e mais tempo levará para ser executada. Ao conjunto de todas as microinstruções contidas no processador denominamos microcódigo. Esta técnica de computação baseada em microcódigo é denominada microprogramação.
• RISC (em inglês: Reduced Instruction Set Computing, Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções) usada em processadores PowerPC (da Apple, Motorola e IBM) e SPARC (SUN); possui um conjunto pequeno de instruções (tipicamente algumas dezenas) implementadas diretamente em hardware. Nesta técnica não é necessário realizar a leitura em uma memória e, por isso, a execução das instruções é muito rápida (normalmente um ciclo de clock por instrução). Por outro lado, as instruções são muito simples e para a realização de certas tarefas são necessárias mais instruções que no modelo CISC.

Exemplos de processadores

• Microprocessadores — São utilizados nos computadores pessoais, onde são chamadas de Unidade Central de Processamento (CPU), workstations e mainframes. Podem ser programados para executar as mais variadas tarefas.
• Processadores Digitais de Sinal (DSP do inglês Digital Signal Processor) — são microprocessadores especializados em processamento digital de sinal usados para processar sinais de áudio, vídeo, etc., quer em tempo real quer em off-line. Estão presentes, por exemplo, em aparelhos de CD, DVD e televisores digitais. Em geral, realizam sempre uma mesma tarefas simples.
• Microcontroladores — Processadores relativamente flexíveis, de relativo baixo custo, que podem ser utilizados em projetos de pequeno tamanho. Podem trazer facilidades como conversores A/D embutidos, ou um conjunto de instruções próprias para comunicação digital através de algum protocolo específico.
• GPU — ou Unidade de Processamento Gráfico), é um microprocessador especializado em processar gráficos. São utilizadas em placas de vídeo para fazer computação gráfica.

Processadores coca da atualidade

Até os dias de hoje usou-se microprocessadores para atividades domésticas ou de negócios com simples núcleo. Atualmente estão sendo utilizados microprocessadores de múltiplos núcleos para melhorar a capacidade de processamento sem aumentar diretamente o clock, como vinha-se fazendo. Assim, aumentando a capacidade sem aumentar excessivamente o consumo de energia e superaquecer a CPU. Espera-se que no futuro os Sistemas Operacionais domésticos sejam compilados para trabalhar com processadores de múltiplos núcleos corretamente, realizando assim inúmeras tarefas ao mesmo tempo (como já acontece com os supercomputadores)

Ver também

• Anexo:Lista de arquiteturas de processadores