Processador
COOLER
O processador realiza milhões de cálculos por segundo. A atividade interna nele só é possível graças à energia elétrica que transita de um lado para o outro. Acontece que essa grande carga de trabalho gera calor, visto que os materiais oferecem resistência à passagem de corrente. Resultado? Os processadores aquecem muito quando estão efetuando tarefas.
Para evitar a queima ou possíveis danos ao componente, é preciso resfriá-lo. O item-chave nessa hora é o cooler (palavra do inglês que significa “refrigerador”). Uma solução de arrefecimento é necessária para manter a temperatura do processador em um nível aceitável, garantindo o bom desempenho durante o processamento de dados.
COMPONENTES DO PROCESSADOR
O que é
A unidade de processamento, ou processador, ou CPU (do inglês Central Processing Unit - Unidade de Processamento Central), fica acoplada na placa-mãe.
A CPU é considerada a parte mais importante de um computador, pois é responsável pelo processamento de todos os tipos de dados e pela apresentação do resultado do processamento, ou seja, é a parte mais importante do computador, pois é ali onde são interpretadas e executadas as instruções fornecidas pelos aplicativos (softwares), como o sistema operacional e o editor de textos, por exemplo.
As CPUs antigas eram compostas por vários componentes separados, mas desde meados da década de 1970 elas vem sendo feitas em um único circuito integrado, tendo recebido ao nome de microprocessadores.
Assim, atualmente, a CPU é implementada fisicamente no processador, que tem um único chip, constituído por milhões detransistores, divididos em vários grupos de componentes, podendo-se citar entre eles as unidades de execução (onde as instruções são realmente processadas) e os caches.
Funções
O processador tem 3 funções básicas:
Realizar cálculos de operações aritméticas e comparações lógicas, Manter o funcionamento de todos os equipamentos e programas, pois a unidade de controle interpreta e gerencia a execução de cada instrução do programa e Administrar na memória central (principal) além do programa submetido, os dados transferidos de um elemento ao outro da máquina, visando o seu processamento.
O processador se comunica com outros circuitos e placas que são encaixadas nas fendas, os "slots" ou seja, conectores da placa-mãe. O caminho pelo qual se dá essa comunicação entre o processador e as outras placas é denominado de barramento.
O processador é dividido em: Unidade Funcional de Controle e Unidade funcional de Processamento.
UNIDADE FUNCIONAL DE PROCESSAMENTO
O processamento de dados é a ação de manipular um ou mais dados em certa sequência de ações, de modo a produzir um resultado útil. Essa parte do processador é composta por:
Registradores: é uma unidade de memória capaz de armazenar n bits. Os registradores estão no topo da hierarquia de memória, sendo assim, são o meio mais rápido e caro de se armazenar um dado.
Lembrando que os registradores são circuitos digitais capazes de armazenar e deslocar informações binárias, e são tipicamente usados como um dispositivo de armazenamento temporário. 1
São utilizados na execução de programas de computadores, disponibilizando um local para armazenar dados. Na maioria dos computadores modernos, quando da execução das instruções de um programa, os dados são movidos da memória principal para os registradores. Então, as instruções que utilizam estes dados são executadas pelo processador e, finalmente, os dados são movidos de volta para a memória principal. Por serem caros são encontrados em quantidade limitada na CPU.
Unidade Lógica e Aritmética (ULA) : é um conglomerado de circuitos lógicos e digitais que realiza operações lógicas e aritméticas. A ULA é uma peça fundamental da unidade central de processamento (CPU), e até dos mais simples microprocessadores. É na verdade, uma "grande calculadora eletrônica" do tipo desenvolvido durante a II Guerra Mundial, e sua tecnologia já estava disponível quando os primeiros computadores modernos foram construídos.
A ULA executa as principais operações lógicas e aritméticas do computador. Ela soma, subtrai, divide, determina se um número é positivo ou negativo ou se é zero. Além de executar funções aritméticas, uma ULA deve ser capaz de determinar se uma quantidade é menor ou maior que outra e quando quantidades são iguais. A ULA pode executar funções lógicas com letras e com números.
É responsável pelo processamento e execução de programas armazenados na memória principal, sendo que a ULA é o elemento da UCP responsável pela excecução das operações solicitadas. A unidade funcional de Controle é composta por:
Registrador de Dados de Memória (RDM): È um registrador que armazena temporariamente dados que estão sendo transferidos da memória principal para a UCP (operação de leitura), ou da UCP para a memória principal (operação de escrita). Em seguida, o referido dado é reencaminhado para outro elemento da UCP para processamento ou para uma célula da memória principal, se for o resultado de um processamento. A quantidade de bits que pode ser armazenada no RDM é a mesma que suportada pelo barramento de dados.
Registrador de Endereços de Memória (REM): É um registrador que armazena temporariamente o endereço de acesso a uma posição de memória, necessário ao ser iniciar uma operação de leitura ou de escrita. Em seguida, o referido endereço é encaminhado á controladora da memória, principal identificação e localização da célula desejada. Permite armazenar a mesma quantidade de bits do barramento de endereço.
Contador de Instruções (CI): O CI é o registrador que armazena o endereço de memória onde está armazenada a próxima instrução a ser executada pela UCP. Por “apontar para a próxima instrução”, este registrador tambémé conhecido como PI (Ponteiro de Instruções, do inglês
Instruction Pointer).Ele é, ao mesmo tempo, um registrador e um contador, isto é, um registrador cujo conteúdo é incrementado (somado a um) constantemente. Cada vez que se inicia um ciclo de instrução, a UCP lê o endereço que está contido no CI e busca na memória a instrução que está armazenada naquele endereço.Logo após a leitura da instrução que será executada, o sistema automaticamente modifica o valor contido no CI, de modo que ele “aponte” para o endereço da próxima instrução. Dessa forma, quando a instrução terminar de ser executada e a UCP for iniciar um novo ciclo de instrução, buscando uma nova instrução para ser executada, o CI já estará apontando para essa instrução.
Registrador de Instrução (RI): O RI (Registrador de Instrução, do inglês Instruction Register) armazena o código binário referente à instrução que está sendo executada no momento pela UCP. Ao se iniciar um ciclo de instrução, a instrução que deverá ser executada é buscada (lida) na memória e copiada para o RI.Com a instrução armazenada nesse registrador, ela poderá a seguir ser interpretada, dando continuidade ao ciclo de instrução. Conclui-se, portanto, que oconteúdo desse registrador é modificado toda vez que uma nova instrução deve ser executada, ou seja, sempre que se começar um novo ciclo de instrução.
Decodificador de Instruções: Segundo Monteiro [MON01], o DI (Decodificador de Instrução, do inglês Instruction Decoder) é “um dispositivo utilizado para identificar que operação será realizada, correlacionada à instrução cujo código de operação foi decodificado.”Cada instrução que é enviada para a UCP é representada por um código (um conjunto de bits que representam a instrução. Isto será visto mais adiante, em Instruções de Máquina). A UC deve identificar a instrução que foi enviada à UCP em forma de código (decodificar ou interpretar a instrução) e acionar os dispositivos que executarão a instrução. A função do DI é decodificar a instrução. Ele possui uma entrada, através da qual se comunica com o RI para receber a instrução que deve ser decodificada, e várias saídas (um DI possui 2N saídas, onde N é o número de algarismos binários do valor de entrada), através das quais ele informa à UC a operação correspondente àquela instrução. A figura 9(a) na próxima página mostra um exemplo de DI com entrada de 4 bits e 16 saídas.O DI recebe o código da instrução na sua entrada e interpreta esse código de acordo com a configuração que lhe foi programada pelo projetista do processador. O resultado dessa interpretação é a ativação de uma das saídas que vai para a UC informando a ela a operação. Cada linha de saída aciona de modo diferente a UC e esta, por sua vez, emite sinais de controle por diferentes caminhos, conforme a linha de saída decodificada.
Relógio (Clock): O Relógio também chamado de temporizador, é o dispositivo gerador de pulsos que comanda o ritmo em que as operações são realizadas dentro do processador. Em geral, esses pulsos são gerados a partir de um cristal de quartzo,um componente capaz de emitir pulsos de tensão a intervalos notavelmente precisos. A duração de um pulso (intervalo de tempo entre o início de um pulso e o início do seguinte) emitido por esse cristal caracteriza um ciclo de relógio ou ciclo de maquina (machine clock).
Todos os componentes do processador (do computador em geral) são interligados por barramentos.
BARRAMENTOS
Praticamente todos os componentes de um computador, como processadores, memórias, placas de vídeo e diversos outros, são conectados à placa-mãe a partir do que chamamos de barramento. Sem entrar em termos técnicos, ele é o encaixe de que cada peça precisa para funcionar corretamente.
Há barramentos específicos para praticamente todos os componentes conectados ao sistema, geralmente em siglas muito conhecidas pelos usuários, mas que não são atreladas diretamente à função que realizam. Confira abaixo alguns tópicos interessantes sobre barramentos.
Barramentos e funções
Há três funções distintas nos principais barramentos de um computador, que, em termos simples, conectam o processador, a memória e os outros componentes conectados a ele pelo que chamamos de barramentos de entrada e saída.
Barramento de dados – como o próprio nome já deixa a entender, é por este tipo de barramento que ocorre as trocas de dados no computador, tanto enviados quanto recebidos.
Barramento de endereços – indica o local onde os processos devem ser extraídos e para onde devem ser enviados após o processamento.
Barramento de controle – atua como um regulador das outras funções, podendo limitá-las ou expandi-las em razão de sua demanda.
Barramentos de entrada e saída
Além da comunicação entre o computador e a memória, você pode adicionar diversos outros dispositivos à sua placa-mãe, com um barramento especial para cada um deles. Alguns dos formatos mais conhecidos neste quesito são o PCI, o AGP e até mesmo o USB, amplamente utilizado em pendrives, impressores, teclados, mouses e outros periféricos.
CICLO DA INSTRUÇÃO
Tomemos como exemplo a soma de A+B
1) Buscar uma instrução na memória (a instrução está contida no CI), uma de cada vez;
2) Interpretar que operação a instrução está explicitando- O decodificador de instrução decodifica a instrução contida no RI (soma de dois números);
3) A UC busca os dados (onde estes estiverem armazenados) ;
4) Executar efetivamente a operação com os tais dados, guardar os resultados (DA SOMA) no local definido na instrução;
5) Reiniciar o processo apanhando a nova instrução.
