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Unidade Central de Processamento (CPU): Peças, Definição e Função

Por
Rodrigo

O que é uma CPU?

Então, você está comprando um novo computador em uma loja de eletrônicos e está tentando entender as especificações técnicas. Um computador que parece muito bom tem um processador Intel i7 3,5 GHz quad-core de 64 bits. Parece impressionante, mas o que realmente significa?

O último computador que você comprou há alguns anos tinha um adesivo que dizia Pentium 4, mas você não se lembra dos detalhes. O computador estava ficando meio lento, mas por que você precisaria de um quad-core de 64 bits? Por que exatamente isso é melhor do que o processador do computador antigo? Para entender o que as especificações significam, primeiro temos que ver como o processador foi projetado e como funciona.

Definição de CPU

A unidade central de processamento (CPU) de um computador é uma peça de hardware que executa as instruções de um programa de computador. Ele executa as operações aritméticas, lógicas e de entrada / saída básicas de um sistema de computador. A CPU é como o cérebro do computador – todas as instruções, por mais simples que sejam, precisam passar pela CPU. Então, digamos que você pressione a letra ‘k’ no teclado e ela apareça na tela – a CPU do seu computador é o que torna isso possível. A CPU às vezes também é chamada de unidade de processador central, ou simplesmente processador. Portanto, quando você está examinando as especificações de um computador em uma loja de eletrônicos local, normalmente se refere à CPU como o processador .

Quando começarmos a examinar os vários componentes de uma CPU e como eles funcionam, lembre-se de que tudo se resume à velocidade. Quando usamos um computador, queremos que as instruções sejam executadas muito rapidamente. Conforme as instruções se tornam mais complicadas (por exemplo, criar uma animação 3D ou editar um arquivo de vídeo), exigimos mais da CPU. Portanto, os avanços tecnológicos que vimos na tecnologia de processador foram em grande parte impulsionados pela necessidade de velocidade.

Componentes da CPU

Uma CPU típica possui vários componentes . A primeira é a unidade lógica aritmética (ALU), que executa operações aritméticas e lógicas simples. Em segundo lugar está a unidade de controle (UC), que gerencia os vários componentes do computador. Ele lê e interpreta instruções da memória e as transforma em uma série de sinais para ativar outras partes do computador. A unidade de controle chama a unidade lógica aritmética para realizar os cálculos necessários.


Vista superior de uma CPU Intel – por ser uma única unidade integrada, os componentes não são visíveis do lado de fora.
uma CPU contém uma unidade lógica aritmética, uma unidade de controle e um cache

O terceiro é o cache, que serve como memória de alta velocidade onde as instruções podem ser copiadas e recuperadas. As primeiras CPUs consistiam em muitos componentes separados, mas desde a década de 1970, eles foram construídos como uma única unidade integrada chamada microprocessador . Como tal, uma CPU é um tipo específico de microprocessador. Os componentes individuais de uma CPU se tornaram tão integrados que você nem consegue reconhecê-los de fora. Esta CPU tem cerca de duas polegadas por duas polegadas de tamanho.


Vista inferior de uma CPU Intel – os pinos folheados a ouro fornecem as conexões para a placa-mãe.
o que é uma CPU pode ser respondido olhando para exemplos da Intel

CPUs estão localizadas na placa – mãe . As placas-mãe possuem um soquete para isso, que é específico para um determinado tipo de processador. Uma CPU fica muito quente e, portanto, precisa de seu próprio sistema de resfriamento na forma de um dissipador de calor e / ou ventilador.


CPU localizada em uma placa-mãe com dissipador de calor e ventilador diretamente na parte superior
CPU com dissipador de calor e ventilador para resfriar processadores de computador quentes

A ALU é onde os cálculos ocorrem, mas como esses cálculos são realmente realizados? Para um computador, o mundo consiste em zeros e uns. Dentro de um processador, podemos armazenar zeros e uns usando transistores . Esses são interruptores microscópicos que controlam o fluxo de eletricidade dependendo se o interruptor está ligado ou desligado. Portanto, o transistor contém informações binárias: um se a corrente passar e um zero se a corrente não passar.

Os transistores estão localizados em uma fatia muito fina de silício. Um único chip de silício pode conter milhares de transistores. Uma única CPU contém um grande número de chips. Combinados, eles cobrem apenas cerca de uma polegada quadrada ou algo assim. Em uma CPU moderna, entretanto, essa polegada quadrada pode conter várias centenas de milhões de transistores – as CPUs de última geração mais recentes têm mais de um bilhão! Os cálculos são executados por sinais ligando ou desligando diferentes combinações de transistores. E mais transistores significa mais cálculos. Você pode estar interessado em saber que o material, o silício, usado nos chips é o que deu o nome à região do Vale do Silício na Califórnia.

As primeiras CPUs eram bastante volumosas e não continham tantos transistores como fazem hoje. Fabricantes de chips, como Intel e AMD, investiram muito em pesquisas para tornar tudo menor e encaixar mais transistores em um único processador. Portanto, quando há uma nova geração de chips, normalmente significa que eles criaram uma maneira mais inteligente de incluir mais poder de processamento em uma única CPU. O nome geral do processador, como Intel Pentium 4, Intel i7, AMD Athlon e AMD 870, refere-se à arquitetura subjacente da CPU. Existem tantos computadores diferentes que pode ser difícil descobrir o que você realmente precisa em um novo computador. A melhor maneira é usar o tipo de processador mais recente que está dentro do seu orçamento.

Taxa de relógio

A taxa de clock de um processador é a velocidade na qual as instruções são executadas. Essa velocidade é regulada usando um relógio interno e é expressa como o número de ciclos de relógio por segundo. CPUs modernas podem processar bilhões de cálculos por segundo. A unidade usada para expressar a taxa de clock é hertz, abreviado como Hz. Portanto, quando um processador tem uma velocidade de clock de 3,5 GHz, isso significa 3,5 gigahertz, ou 3,5 bilhões de ciclos de clock por segundo. Quanto mais rápido, melhor, mas velocidades mais altas significam custos mais altos.

Intervalo Inteiro

Então, o que significa quando um processador é de 64 bits? Isso é conhecido como intervalo inteiro e define como uma CPU representa os números. Bits são dígitos binários: zero e um. Isso é bastante simples; portanto, para representar números mais complicados, precisamos de mais bits. Por exemplo, usar 8 bits significa que há 2 8 ou 256 valores exclusivos. As CPUs modernas são de 64 bits, o que significa 2 64 valores únicos, o que é mais de 18 quintilhões! O que isso significa em termos práticos é que CPUs de 64 bits podem funcionar com números extremamente grandes, o que os torna mais rápidos do que CPUs de 32 ou 16 bits mais antigas.

Computação Paralela e CPUs Multi-Core

Os fabricantes de computadores estão sempre procurando melhorar o desempenho geral de um sistema de computador, e uma CPU mais rápida é uma grande parte disso. Existem limites físicos para a velocidade do clock e quão próximos você pode colocar transistores em um chip de silício. Uma solução é colocar vários processadores dentro de uma única CPU. O uso de dois processadores é denominado duo-core e o uso de quatro processadores é denominado quad-core . A maioria dos novos sistemas de computador no mercado hoje é quad-core, mas CPUs com ainda mais processadores devem ser lançados em um futuro próximo. Mais núcleos custarão mais.


Fotografia de um processador Intel quad-core localizado em uma placa-mãe
uma CPU quad-core mostra como as CPUs complexas se tornaram

Usar vários núcleos não é tão fácil quanto pode parecer. Requer uma nova forma de computação conhecida como computação paralela . Isso significa que as instruções devem ser divididas em partes separadas que podem ser tratadas por processadores separados. Depois de concluídos, os resultados devem ser combinados novamente para fazer sentido. Abordagens robustas para computação paralela foram desenvolvidas e, como resultado, CPUs de vários núcleos agora se tornaram padrão em sistemas de computador regulares.

Resumo da lição

Em resumo, uma CPU é o cérebro de um computador, processando todas as instruções que você dá a ela. Uma CPU possui vários componentes para receber as instruções, processá-las e, em seguida, transformá-las em sinais para ativar outras partes do computador. Os cálculos são realizados por meio de interruptores microscópicos, conhecidos como transistores, localizados em chips de silício.

Para fazer as CPUs funcionarem mais rápido, uma série de inovações tecnológicas foram implementadas:

  1. Pacote de mais transistores em uma única CPU
  2. Aumente a velocidade do clock da CPU
  3. Aumente o intervalo inteiro usado para representar os números
  4. Empregue vários núcleos dentro de uma única CPU

Resultados de Aprendizagem

Depois de concluir esta lição, você será capaz de:

  • Descreva o que é uma CPU e como funciona
  • Liste alguns dos componentes de uma CPU
  • Lembre-se do significado por trás da terminologia comum da CPU
  • Lembre-se de algumas das melhorias recentes que tornam os computadores mais rápidos