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Microprocessador

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Microprocessador

Mensagem por Rock-Wee em Sex Fev 03, 2012 4:46 pm

O microprocessador, popularmente chamado de processador, é um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador. Todos os computadores
e equipamentos eletrônicos baseiam-se nele para executar suas funções,
podemos dizer que o processador é o cérebro do computador por realizar
todas estas funções, é tornar o computador inteligente.

Um microprocessador incorpora as funções de uma unidade central de
computador (CPU) em um único circuito integrado, ou no máximo alguns
circuitos integrados. É um dispositivo multifuncional programável que
aceita dados digitais como entrada, processa de acordo com as instruções
armazenadas em sua memória, e fornece resultados como saída.
Microprocessadores operam com números e símbolos representados no
sistema binário.
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Arquitetura interna de um microprocessador dedicado para processamento
de imagens de ressonância magnética, a fotografia foi aumentada 600
vezes, sob luz ultravioleta para se enxergar os detalhes




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Vista inferior de um Athlon XP 1800+ núcleo Palomino, um microprocessador moderno.





O microprocessador moderno é um circuito integrado formado por uma camada chamada de mesa epitaxial de silício, trabalhada de modo a formar um cristal
de extrema pureza, laminada até uma espessura mínima com grande
precisão, depois cuidadosamente mascarada por um processo fotográfico e
dopada pela exposição a altas temperaturas em fornos que contêm misturas
gasosas de impurezas. Este processo é repetido tantas vezes quanto
necessário à formação da microarquitetura do componente.

Responsável pela execução das instruções num sistema, o
microprocessador, escolhido entre os disponíveis no mercado, determina,
em certa medida a capacidade de processamento do computador e também o conjunto primário de instruções que ele compreende. O sistema operativo é construído sobre este conjunto.

O próprio microprocessador subdivide-se em várias unidades, trabalhando em altas freqüências. A ULA(Unidade Lógica Aritmética), unidade responsável pelos cálculos aritméticos e lógicos e os registradores são parte integrante do microprocessador na família x86, por exemplo.

Embora seja a essência do computador, o microprocessador diferente do microcontrolador, está longe de ser um computador completo. Para que possa interagir com o utilizador precisa de: memória, dispositivos de entrada/saída, um clock, controladores
e conversores de sinais, entre outros. Cada um desses circuitos de
apoio interage de modo peculiar com os programas e, dessa forma, ajuda a
moldar o funcionamento do computador.


Índice


[esconder]


[editar] História

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Intel 8008, um dos primeiros microprocessadores comerciais.





O primeiro microprocessador comercial foi inventado pela Intel em 1971 para atender uma empresa japonesa que precisava de um circuito integrado especial para as suas atividades.[1] A Intel projectou o 4004 que era um circuito integrado programável que trabalhava com registradores de 4 bits,
46 instruções, clock de 740Khz e possuía cerca de 2300 transistores.
Percebendo a utilidade desse invento a Intel prosseguiu com o
desenvolvimento de novos microprocessadores: 8008 (o primeiro de 8 bits) e a seguir o 8080 e o microprocessador 8085. O 8080 foi um grande sucesso e tornou-se a base para os primeiros microcomputadores pessoais na década de 1970 graças ao sistema operacional CP/M. Da Intel saíram alguns funcionários que fundaram a Zilog, que viria a lançar o microprocessador Z80, com instruções compatíveis com o 8080 (embora muito mais poderoso que este) e também de grande sucesso. A Motorola possuía o 68000 e a MOS Technology o 6502.
A Motorola ganhou destaque quando implantou o 68000, de 12 mh/z a 16
bits, no Neo-Geo, um poderoso Arcade da SNK que posteriormente ganharia a
versão AES (console casero) e CD (versão CD), todos eles com o mesmo
hardware inicial. Todos os microprocessadores de 8 bits foram usados em
muitos computadores pessoais (Bob Sinclair, Apple, TRS, Commodore, etc).
Em 1981 a IBM decidiu lançar-se no mercado de computadores pessoais e no seu IBM-PC utilizou um dos primeiros microprocessadores de 16 bits, o 8088 (derivado do seu irmão 8086 lançado em 1978) que viria a ser o avô dos computadores atuais. A Apple nos seus computadores Macintosh utilizava os processadores da Motorola, a família 68000 (de 32 bits). Outros fabricantes também tinham os seus microprocessadores de 16 bits, a Zilog tinha o Z8000, a Texas Instruments o TMS9900,
a National Semiconductor tinha o 16032,mas nenhum fabricante teve tanto
sucesso como a Intel, que sucessivamente foi lançando melhoramentos na
sua linha 80X86, tendo surgido assim (por ordem cronológica) o 8086, 8088, 80186, 80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Pentium M, Pentium D, Pentium Dual Core, Core 2 Duo, Quad Core, I3, I5 e I7. Para o IBM-AT foi utilizado o 80286, depois um grande salto com o 80386 que podia trabalhar com memória virtual e multitarefa, o 80486 com coprocessador matemático embutido e finalmente a linha Pentium, com pipeline de processamento.
Como grande concorrente da Intel, a AMD aparece inicialmente como fabricante de microprocessadores da linha x86
alternativa mas a partir de um certo momento deixou de correr atrás da
Intel e partiu para o desenvolvimento de sua própria linha de
microprocessadores: K6, Athlon, Duron, Turion, Sempron, Phenom. Paralelamente à disputa entre Intel e AMD, a IBM possuia a linha PowerPC utilizada principalmente pelos microcomputadores da Apple.

A evolução tecnológica envolvida é surpreendentemente grande, de microprocessadores que trabalhavam com clock
de dezenas de kHz e que podiam processar alguns milhares de instruções
por segundo, atingiu-se clocks na casa dos 7 GHz e poder de
processamento de dezenas de bilhões de instruções por segundo. A
complexidade também cresceu: de alguns milhares de transístores para
centenas de milhões de transístores numa mesma pastilha.

O CPU tem como função principal unificar todo o sistema, controlar as
funções realizadas por cada unidade funcional, e é também responsável
pela execução de todos os programas do sistema, que deverão estar
armazenados na memória principal.

[editar] Componentes


O processador é composto por alguns componentes, cada um tendo uma função específica no processamento dos programas.

[editar] Unidade lógica e aritmética


[Você precisa estar registrado e conectado para ver esta imagem.]Ver artigo principal: Unidade lógica e aritmética


A Unidade lógica e aritmética (ULA) é a responsável por executar efetivamente as instruções dos programas, como instruções lógicas, matemáticas, desvio, etc.

[editar] Unidade de controle


[Você precisa estar registrado e conectado para ver esta imagem.]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.

[editar] Registradores


[Você precisa estar registrado e conectado para ver esta imagem.]Ver artigo principal: Registrador


Os registradores
são pequenas memórias velozes que armazenam comandos ou valores que são
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 execução da instrução;

[editar] Memory management unit


[Você precisa estar registrado e conectado para ver esta imagem.]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.

[editar] Unidade de ponto flutuante


Nos processadores atuais são implementadas unidades de cálculo de
números reais. Tais unidades são mais complexas que ULAs e trabalham com
operandos maiores, com tamanhos típicos variando entre 64 e 128 bits.

[editar] 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 do processador não está relacionada
exclusivamente à frequência do relógio, mas também a outros fatores
como: largura dos barramentos, quantidade de memória cache,
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.

[editar] Arquitetura


Existem duas principais arquiteturas usadas em processadores:


  • A arquitetura de Von Neumann.
    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.

[editar] 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.

[editar] Exemplos de microprocessadores

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Uma microcontroladora, um exemplo de microprocessador.




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Uma GPU.






  • 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.

[editar] Propósito geral e dedicado


Durante o processo de desenvolvimento do design de um
processador, uma das características que se leva em conta é o uso que
ele se destina. Processadores gráficos e controladoras por exemplo não
tem o mesmo fim que um processador central. Processadores de propósito
geral podem executar qualquer tipo de software, embora sua
execução seja mais lenta que o mesmo sendo executado em um processador
especializado. Processadores dedicados são fabricados para executarem
tarefas específicas, como criptografia, processamento vetorial e
gráfico, sendo nesse caso bem mais rápidos do que processadores de
propósito geral em tarefas equivalentes. No caso do processamento
gráfico, existem as GPUs,
que são microprocessadores geralmente com memória dedicada e
especialmente desenvolvidos para cálculos gráficos. Nem sempre os
processadores seguem definidamente esses dois modelos, sendo o motivo
disso que muitos processadores modernos incorporam processadores
especializados (co-processador), para cálculos de criptografia,
processamento de vetores, etc.

[editar] Processadores multinucleares


[Você precisa estar registrado e conectado para ver esta imagem.]Ver artigo principal: Processadores multinucleares


Até poucos anos atrás 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. 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).

[editar] Sistemas multiprocessados


[Você precisa estar registrado e conectado para ver esta imagem.]Ver artigo principal: Multiprocessamento


Em muitos sistemas o uso de um só processador é insuficiente. A
solução nesses casos é usar dois ou mais processadores em multi
processamento, aumentando assim a quantidade de processadores
disponíveis ao sistema operacional. Sistemas multiprocessados podem ser
de basicamente dois tipos:


  • Multiprocessamento simétrico (SMP): os processadores compartilham a
    mesma memória, embora possam ter caches separadas. O sistema operacional
    deve estar preparado para trabalhar com coerência de caches e,
    principalmente, evitar condições de corrida na memória principal.
  • Acesso não uniforme à memória (NUMA): a cada processador é associado
    um banco de memória. Nesse caso, o sistema operacional trata cada banco
    separadamente, pois cada banco tem um custo de acesso diferente,
    dependendo de qual o processador a que está associado e onde está sendo
    executado o processo que tenta acessar a memória.

[editar] Capacidade de processamento


A capacidade de processamento de um microprocessador é de certa forma
difícil de medir, uma vez que esse desempenho pode se referir a
quantidade máxima teória de instruções que podem ser executadas por
segundo, que tipos de instruções são essas, tendo também a influência de
sua arquitetura e de sua comunicação externa, mas num contexto geral a
capacidade máxima teórica de processamento é medida em Flops (instruções
de ponto flutuante), podendo essa ser de precisão simples, dupla,
quádrupla, dependendo do contexto, e em MIPS (milhões de instruções por
segundo), sendo essas operações com números inteiros. Somente a
capacidade máxima teórica de um microprocessador não define seu
desempenho, somente dá uma noção da sua capacidade, uma vez que sua
arquitetura, barramento com a memória entre outros também influenciam no
seu desempenho final, sendo assim, sua capacidade de processamento é
medida comparando a velocidade de execução de aplicativos reais, podendo
assim, testar seu desempenho em atividades comuns.
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Re: Microprocessador

Mensagem por Zzaazzaaa em Dom Fev 05, 2012 11:55 am

Eu acho que a maioria das pessoas já devem ter visto um desses ...

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