O que é e para que serve o microprocessador ou a CPU?

Também conhecido como CPU ou unidade central de processamento, o microprocessador é um mecanismo de computação completo fabricado em um único chip de silício. Também é conhecido como o coração de qualquer computador normal, seja uma máquina de mesa, um servidor ou um laptop.

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Índice de conteúdo

O que é um microprocessador?

Certamente o microprocessador que você está usando no seu computador é um Pentium, um AMD Ryzen ou uma das gerações do Intel Core i3, i5, i7 ou i9. Estes são os processadores mais populares… mas todos realmente fazem "aproximadamente o mesmo" (deixo entre aspas, porque existem tecnologias que o diferenciam) e da mesma maneira.

O primeiro microprocessador foi o Intel 4004, lançado em 1971. Não era muito poderoso, pois tudo o que podia fazer era somar e subtrair, e só era possível com 4 bits de cada vez. Mas foi incrível que tudo estivesse em um chip.

O microprocessador geralmente é alojado através de um soquete específico na placa-mãe do computador; e ao qual é adicionado, por sua operação estável e correta, um sistema de refrigeração, que inclui um dissipador de calor e ventiladores, responsáveis ​​por eliminar todo o excesso de calor que o dissipador absorve.

Entre a cápsula do microprocessador e o dissipador de calor, a pasta térmica é comumente usada para tornar a condutividade térmica mais eficaz. Além disso, existem outros métodos mais modernos e mais eficientes no mercado, como o resfriamento líquido ou o uso de células peltier para maior resfriamento, embora essas práticas sejam usadas quase que exclusivamente para overclocking.

Para que serve um microprocessador?

Um microprocessador é um componente que executa as instruções e tarefas envolvidas no processamento do computador e é o "mecanismo" iniciado quando você liga o computador. Em um sistema de computador, o microprocessador é a unidade central que executa e gerencia as instruções lógicas que são transmitidas a ele.

Um microprocessador é projetado para executar operações típicas como adicionar, subtrair, dividir, multiplicar, comunicação entre processos e dispositivos, entrada, gerenciamento de saída e muito mais.

É constituído por circuitos integrados que contêm milhares de transistores, dependendo da potência do equipamento.

Os microprocessadores são geralmente classificados de acordo com o número de instruções que podem ser processadas em um determinado momento, a frequência do relógio medida em megahertz e o número de bits usados ​​por instrução.

Um microprocessador é projetado para executar operações aritméticas e lógicas que usam pequenas áreas de retenção de números chamadas registradores.

Quando o computador está ligado, o microprocessador recebe a primeira instrução do sistema básico de entrada / saída (BIOS) que acompanha o computador como parte de sua memória.

Depois disso, o BIOS ou o sistema operacional que o BIOS carrega na memória do computador "aciona" o microprocessador, instruindo-o a fazer isso. Um microprocessador aceita dados binários como entrada e fornece saída após o processamento, de acordo com as instruções armazenadas na memória.

O que é um chip?

Um chip também é chamado de circuito integrado. Geralmente é um pequeno e fino pedaço de silício no qual os transistores que compõem o microprocessador foram gravados.

Um chip pode ter até 2, 5 cm de um lado e pode conter dezenas de milhões de transistores. Os processadores mais simples podem consistir em alguns milhares de transistores gravados em um chip de alguns milímetros quadrados.

Como um microprocessador funciona?

Imagem da wikipedia

Um processador é o cérebro de um computador que consiste basicamente em uma unidade aritmética e lógica (ALU), uma unidade de controle e uma matriz de registro.

Como o nome indica, a ALU executa todas as operações aritméticas e lógicas nos dados recebidos da memória ou dos dispositivos de entrada.

A matriz de registradores consiste em uma série de registradores, como acumuladores (A), B, C, D, etc., que atuam como locais temporários da memória de acesso rápido para processar dados.

Por seu lado, a unidade de controle gerencia o fluxo de instruções e dados em todo o sistema.

Então, basicamente, um microprocessador pega a entrada dos dispositivos conectados, processa-a de acordo com as instruções fornecidas na memória e produz a saída.

Vantagens de um microprocessador

• Baixo custo : os microprocessadores estão disponíveis a baixo custo, graças à tecnologia de circuitos integrados. O que reduz o custo de um sistema de computador. Alta velocidade : os chips de microprocessador podem trabalhar em velocidade muito alta, graças à tecnologia usada neles. É capaz de executar milhões de instruções por segundo. Tamanho pequeno : devido à tecnologia de integração em larga e ultra-larga escala, um microprocessador é fabricado com um tamanho de superfície bastante reduzido. Isso reduzirá o tamanho de todo o sistema do computador. Versátil : Os microprocessadores são muito versáteis, o mesmo chip pode ser usado para várias aplicações, simplesmente alterando o programa (instruções armazenadas na memória). Baixo consumo de energia : Os microprocessadores geralmente são fabricados usando a tecnologia complementar de óxido metálico de óxido de metal (CMOS), na qual os MOSFETs (transistores de efeito de campo de óxido de metal semicondutor) trabalham nos modos de saturação e de corte. Portanto, o consumo de energia é muito baixo.

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• Menos geração de calor : comparados aos dispositivos de tubo de vácuo (válvula termo-iônica), os dispositivos semicondutores não emitem tanto calor. Confiável : Os microprocessadores são muito confiáveis ​​e a taxa de falhas é muito menor à medida que a tecnologia de semicondutores é usada. Portátil : dispositivos ou sistemas de computador feitos de microprocessadores podem ser portáteis devido ao seu tamanho pequeno e baixo consumo de energia.

Termos comuns usados ​​em um microprocessador

Para entender como um microprocessador funciona, é útil olhar para dentro e aprender sobre a lógica usada para criar um. No processo, você também pode aprender sobre o idioma nativo de um microprocessador e muitas das coisas que os engenheiros podem fazer para aumentar a velocidade de um processador.

Aqui estão alguns termos comuns usados ​​no campo de microprocessadores:

Ônibus

Um barramento é um conjunto de condutores destinados a transmitir dados, endereços ou informações de controle para diferentes elementos de um microprocessador. Geralmente, um microprocessador terá 3 tipos de barramentos: barramento de dados, barramento de controle e barramento de endereços. Um processador de 8 bits usará um barramento de 8 bits de largura.

Conjunto de instruções

O conjunto de instruções é o grupo de comandos que um microprocessador pode entender. O conjunto de instruções é uma interface entre hardware e software. Uma instrução instrui o processador a alterar os transistores relevantes para fazer algum processamento de dados. Por exemplo ADICIONAR A, B; usado para adicionar dois números armazenados nos registros A e B.

Comprimento da palavra

O comprimento da palavra é o número de bits no barramento de dados interno de um processador ou o número de bits que um processador pode processar ao mesmo tempo.

Por exemplo, um processador de 8 bits terá um barramento de dados de 8 bits, registradores de 8 bits e processará 8 bits por vez. Para executar operações de bit mais altas (32 ou 16 bits), você as dividirá em uma série de operações de 8 bits.

Memória cache

Cache é uma memória de acesso aleatório incorporada ao processador. Dessa maneira, o processador pode acessar os dados na memória cache mais rapidamente do que com a RAM normal. Também conhecida como "memória da CPU". O cache é usado para armazenar dados ou instruções frequentemente referenciados pelo software ou programa durante a operação. Isso aumentará a velocidade geral da operação.

Freqüência de relógio

Os microprocessadores usam um sinal de relógio para controlar a velocidade na qual as instruções são executadas, sincronizar outros componentes internos e controlar a transferência de dados entre eles. Portanto, a velocidade do relógio refere-se à velocidade na qual um microprocessador executa as instruções. Geralmente, é medido em hertz e é expresso em megahertz (MHz), gigahertz (GHz), etc.

Classificação do microprocessador

Os microprocessadores podem ser classificados da seguinte maneira:

Comprimento da palavra

Com base no tamanho da palavra de um processador, podemos ter processadores de 8 bits, 16 bits, 32 bits e 64 bits.

RISC - Conjunto de instruções reduzido

O RISC é um tipo de arquitetura de microprocessador que usa um conjunto de instruções pequeno, de uso geral e altamente otimizado, em vez de um conjunto de instruções mais especializado, como encontrado em outros componentes.

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O RISC oferece alto desempenho em relação à arquitetura CISC oposta. Em um processador, a execução de cada instrução requer um circuito especial para carregar e processar os dados. Portanto, reduzindo as instruções, o processador usará circuitos simples e operação mais rápida.

Esses microprocessadores possuem:

• Conjunto simples de instruções Programas maiores Consiste em um grande número de registros Circuito simples do processador (pequeno número de transistores) Mais uso da RAM Instruções de comprimento fixo Modos simples de endereçamento Normalmente, é definido o número de ciclos de clock para executar uma instrução

CISC - Conjunto de Instruções Complexas

CISC é a arquitetura do microprocessador oposta ao RISC. Isso é feito para reduzir o número de instruções por programa, ignorando o número de ciclos por instrução. Dessa forma, instruções complexas são convertidas diretamente em hardware, o que torna o processador mais complexo e lento para operar.

Essa arquitetura foi projetada para reduzir o custo da memória, reduzindo a duração do programa.

Esses microprocessadores possuem:

• Conjunto complexo de instruções Programa menor Menor número de registros Circuito complexo do processador (mais transistores) Pouco uso da RAM Instruções de comprimento variável Variedade de modos de endereçamento Número variável de ciclos de clock para cada instrução

Processadores especiais

Existem alguns processadores projetados para lidar com algumas funções específicas:

• Coprocessadores DSP (Processadores de sinais digitais): processadores usados ​​em conjunto com um processador principal (coprocessador matemático 8087 usado com 8086) Processadores de E / STransputador: microprocessador com memória local própria

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Finalmente, um microprocessador é a unidade mais importante dentro de um sistema de computador e é responsável por processar o conjunto exclusivo de instruções e processos; portanto, é essencial analisar quais são os melhores microprocessadores hoje para fazer uma boa escolha. Esses detalhes que comentamos são de um processador, mas são básicos para entender como um processador de 20 a 30 anos atrás funciona. Atualmente, existem muitos outros recursos, os quais convidamos você a investigar. O que você achou do nosso artigo? Aguardamos seus comentários!