A Unidade Central de Processamento de uma equipe é o componente mais importante dela. É responsável, principalmente e como o nome indica, processar qualquer tipo de informação e oferecer as portas que são completamente necessárias para que os periféricos possam ser conectados a ela.
A CPU, como é chamada no mundo da computação, é composta de uma série de componentes que, juntos, fazem o computador funcionar corretamente. Essas micro unidades são a unidade aritmética-lógica (UAL) e a unidade de controle (UC). A união de ambos é o que é conhecido como microprocessador, um processador (ou melhor, um conjunto de dezenas de processadores) de pequenas dimensões.
Neste texto, tentaremos solucionar todas as dúvidas que surgirem sobre o conceito de Unidade Central de Processamento, as características de seus componentes e sua operação. Além disso, vamos definir as CPUs conhecidas e outros dados curiosos sobre esse conceito, como a diferença de uma unidade gráfica ou GPU .
O que é uma CPU e o que é usada na computação?
Conforme indicado inicialmente, a Unidade Central de Processamento (processador, CPU ou CPU) é a parte mais importante de um computador e outros dispositivos que o incluem, por exemplo, uma TV inteligente ou um smartphone. De fato, é o local onde são executados todos os procedimentos relacionados à informação .
Isso tem uma estrutura baseada em um circuito integrado chamado microprocessador, que pode mudar e de fato ocorre entre as diferentes marcas de computadores que existem no mercado.
É um dispositivo que interpreta uma série de instruções contidas em um programa ou definidas nas entradas e inicia a execução do processo de dados.
Cumpre diferentes funções:
- Execução de programas . Ele garante que suas instruções sejam endereçadas para inicialização e operação.
- Programação . Refere-se ao entendimento de todas as funções do sistema através de uma preparação anterior do organograma. Assim, a saturação do sistema é evitada e o que ele pode suportar o tempo todo no nível do disco e da memória é controlado.
- Comunicação com todas as unidades de entrada e saída . O acordo é feito entre cada uma das unidades, para que os periféricos possam responder sem um colapso entre elas e, geralmente, imediatamente.
- armazenamento primário . Isso equivale a um bom gerenciamento de memória, para que seja controlado com os programas que eles tenham o espaço necessário para que funcionem adequadamente, atribuindo a cada um deles o que eles precisam, dependendo de suas características e do uso que lhes é dado em todos os momentos .
Evolução do conceito de CPU
Nos primeiros computadores que existiam, as unidades centrais de processamento foram projetadas para funcionar com um computador muito maior. Por esse motivo, as máquinas foram operadas com mecanismos mecânicos muito simples. De fato, no começo, esses computadores precisavam ser reconectados para que pudessem executar tarefas diferentes.
Os primeiros computadores que tinham uma CPU foram os computadores com programa armazenado . Isso foi estabelecido com o modelo ENIAC criado em 1945 e cuja arquitetura foi preparada pelo matemático que marcou o mundo da ciência da computação, John Von Neumann.
O objetivo deste equipamento era realizar operações de diferentes tipos que estavam armazenadas na memória do computador, o que significava que não havia necessidade de fazer alterações físicas na fiação do computador para evitar consumir tempo e esforço e que erros ocorreram.
Inicialmente, foram criadas unidades de processamento central personalizadas, mas isso não é muito operacional e, por esse motivo, a padronização de processadores foi considerada por algum tempo para atender a vários propósitos . Isso foi possível graças ao surgimento do circuito integrado (IC), que permitiu que as CPUs fossem cada vez mais complexas em pequenos espaços.
Precisamos ter a ideia de que hoje existem microprocessadores em todos os lugares, de carros e caminhões a celulares ou brinquedos infantis. O início das melhorias para este tipo de unidades começou com o surgimento do transistor nos anos 50 . Com ele, você pode criar CPUs mais complexas em placas de circuito impresso.
Aqueles que são baseados em circuitos integrados são referidos como dispositivos de integração em pequena escala (SSI). Esses transistores contidos sempre são múltiplos de dez. Os completos exigiam milhares de chips individuais, mas consumiam o espaço mínimo .
Em 1964, a IBM introduziu a arquitetura System / 360 , que permitiu que vários computadores executassem o mesmo programa em velocidades diferentes. Portanto, embora os computadores fossem incompatíveis entre si, a arquitetura era a mesma. Naquele momento, verificou- se que os transistores permitiam que o processador operasse em velocidades muito mais altas devido ao tempo de comutação oferecido.
Com o passar do tempo, surgiu o conceito de microprocessador para processadores fabricados com um pequeno número de circuitos integrados; geralmente apenas um. A diminuição no tamanho tornou os tempos de troca mais rápidos. Por esse motivo, o design, a complexidade e o tamanho não mudaram muito ao longo dos anos, uma vez que esse microelemento apareceu.
Componentes e características da CPU do computador Que peças de hardware o compõem?
A Unidade Central de Processamento é formada por uma série de componentes que definiremos separadamente para conhecer o escopo de suas funcionalidades:
Unidade de controle
É um dos blocos que compõem a CPU. Sua principal função é procurar instruções na memória, decodificá-las e executá-las através da Unidade de Processo. Em outras palavras, o UC é todo o conjunto de circuitos que controlam o fluxo de dados produzidos no processador.
Existem muitos componentes encontrados dentro deste bloco. Estes são:
- registo de instrução . Local onde a instrução é armazenada durante o tempo em que está sendo executada.
- contador de programa . Ele contém o endereço de memória da próxima instrução a ser executada.
- Controlador e decodificador . Interprete a instrução extraindo o código da operação a ser executada.
- Relógio . Ele fornece impulsos elétricos em intervalos com certa constância.
- Sequencer . Ele gera micro ordens necessárias para que uma instrução seja executada.
Unidade de Processo
Este é outro dos blocos mais importantes desse elemento. Sua função é executar todas as tarefas que a unidade de controle passa para ela .
Para executar esses processos, você precisa da ajuda dos elementos descritos abaixo:
- Unidade de ponto flutuante . É usado para executar operações matemáticas com números reais.
- Unidade Aritmética-Lógica (ALU) . Serve para realizar operações aritméticas básicas, funções lógicas, comparações ou rotações de bits.
- registrador de status . Ele mantém alguns indicadores sobre o resultado das operações que foram realizadas.
- registo acumulador . Preserve os operandos e os resultados das operações.
Logs
Um registro é uma memória de alta velocidade integrada no próprio processador. Serve para manter os dados temporariamente e para acessar os valores mais usados. De fato, é a melhor maneira de o sistema conservar dados. Os registradores são medidos pelo número de bits que eles permitem armazenar. Se o seu dispositivo tiver, por exemplo, 64 bits, isso indica que os registros de 64 bits podem ser armazenados.
Os tipos de registros existentes são os seguintes:
- Logs de ponto flutuante . Eles salvam dados na forma de um ponto flutuante.
- registros constantes . Eles possuem valores criados para uso no modo somente leitura. Eles são criados quando o próprio hardware é criado.
- registros de dados . Eles mantêm números inteiros.
- registros de memória . Eles armazenam apenas endereços de memória.
- Registros de finalidade específica . Eles mantêm informações sobre o estado do sistema, como o ponteiro de uma pilha.
- Registros de uso geral . Eles retêm dados e endereços. Eles são usados principalmente na arquitetura von Neumann, que, por outro lado, é típica.
Ônibus dentro e fora
O barramento é usado para transportar dados entre componentes de um computador. São trilhas em um circuito integrado que podem ser transferidas de duas maneiras:
- Paralelo . O barramento permite que vários bits sejam transmitidos ao mesmo tempo.
- Series . O barramento pode transferir os dados pouco a pouco através de um único cabo transmissor de informação.
Nos primeiros computadores, os barramentos sempre funcionavam em paralelo, mas nos últimos anos foram substituídos por barramentos seriais. Embora os últimos sejam mais difíceis de implementar, a velocidade de transferência alcançada é muito maior.
Como uma CPU funciona?
Isso realiza várias operações, mas o que mais se destaca é a execução de programas . Os programas, vistos de dentro, são um conjunto de instruções representadas por números armazenados na memória do computador antes de serem executados. Todos os sistemas que possuem arquitetura Von Neumann executam quatro etapas para executar suas operações. Estes são lidos, decodificados, executados e gravados .
FETCH (Ler)
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Durante esta etapa, a instrução representada por uma sequência de números de memória é coletada .
O contador de programas (PC, que não deve ser confundido com o computador pessoal ou o computador pessoal) é responsável por armazenar o endereço de memória onde estão essas instruções.
Após a leitura, o PC é incrementado para alterar a posição e estar localizado na unidade de memória onde está localizado o endereço da próxima instrução a ser executada. Nesse caso, a memória lenta é usada e sua velocidade de resposta está relacionada ao cache e ao processador do equipamento.
DECODE (decodificação)
Uma vez recebida a instrução, ela é dividida em diferentes partes que serão interpretadas pelas unidades do processador. Uma parte dos números indica a operação a ser executada (código de operação) e as seguintes partes correspondem a informações relacionadas à execução da referida operação. Por exemplo, no caso de a instrução ser uma soma, será necessário entender o operador que indica a soma e os operandos que devem ser adicionados.
Eles podem ser definidos por um valor ou por um endereço de memória, do qual os dados a serem adicionados são obtidos. Em CPUs mais complexas, foi criado um microprograma que traduz as instruções , para que a decodificação se torne algo mais simples.
EXECUTAR (Executar)
No momento em que esta etapa chega, o processador se conecta às suas unidades envolvidas na instrução para que a operação solicitada no programa possa ser executada .
Quando a operação de adição mencionada acima é executada, a unidade aritmética-lógica (ALU) é conectada para executar as operações, com as entradas e saídas onde os números a serem adicionados e o local onde os resultados deles são colocados .
WRITEBACK (Gravação)
Nesta etapa, apenas os resultados da instrução executada são gravados . Eles podem ser mantidos na memória volátil ou preservados na memória principal , o que pode ser um pouco mais lento.
Depois de concluir a última etapa, o processo é repetido com o próximo ciclo de instruções para poder ler o próximo e aumentar o contador do programa. Em processadores complexos, você pode ler várias instruções, uma de cada vez, para executá-las.
Quantos tipos de unidades centrais de processamento existem?
Existem vários tipos de unidades de processamento central, que são classificados de acordo com o número de núcleos que possui:
CPU de núcleo único
É chamado de CPU principal. Apareceu com o início dos conceitos de computação. Era um processador com um único núcleo, onde a execução de tarefas básicas era muito lenta , realizando uma a uma, embora, naquele momento, como você possa imaginar pelo que já dissemos, era uma equipe revolucionária que permitiu reduzir significativamente o percentual de erros, bem como a derivação de recursos para outras necessidades.
Processadores de núcleo duplo
Foi uma inovação no mundo da tecnologia: combinar dois núcleos dentro de um processador ; Não foi uma tarefa fácil. A sobrecarga no sistema de administração deve ser controlada, o que não permite dobrar a velocidade de um processador.
Eles foram usados em ambientes multitarefa, pois nele os programas e threads lutam pelo tempo do processador. Se houver um segundo núcleo, um dos threads será executado em um computador e o outro no outro. Esta CPU oferece um desempenho 75% maior que um processador de núcleo único , não podendo falar sobre um desempenho duplo. Obviamente, ele executa duas tarefas e é mais rápido.
CPU quad core
É um tipo de processador chamado quadcore. Ele é formado por quatro núcleos e é muito mais rápido que os dois modelos anteriores. É capaz de executar várias tarefas ao mesmo tempo e com grande velocidade.
Geralmente, é o tipo de processador que encontramos nos telefones celulares de médio e alto padrão.
CPU de seis e oito núcleos
Esses são os usados atualmente nos computadores. Eles são capazes de executar um grande número de tarefas de enorme demanda a uma velocidade espantosa . Dependendo de sua capacidade, eles podem executar entre seis e oito tarefas principais ao mesmo tempo, sem que a experiência do usuário seja diminuída.
Que diferenças encontramos entre uma CPU e uma GPU?
Vamos começar informando que, nos dois casos, falamos sobre unidades de processamento. Isso significa que o objetivo de ambos é o mesmo: processo .
No entanto, a diferença é clara:
- A unidade central de processamento é responsável por, redundantemente, processar todos os tipos de atos e informações, sendo de propósito geral ou caráter, trabalhando em série . Você pode trabalhar com elementos gráficos. O número de processos com os quais a carga é menor.
- A GPU trabalha especificamente no processamento de elementos gráficos , isto é, imagem e vídeo, e o faz em paralelo, de acordo com o Modelo Surround . Isso significa subtrair a carga do processador , que é livre para trabalhar no restante dos elementos. Por esse motivo, é interessante investir tempo e escolher uma boa placa gráfica para que o processador não entre em colapso, por melhor que seja. Carregue com muito mais processos, mas deve ser específico.
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