Processador

Processador

1. Unidade central de processamento O processador, também chamado de Unidade Central de Processamento ou Central Processing Unit (CPU), é o principal componente de um sistema computacional, responsável por realizar todas as operações do computador e controlar sua execução.

   • O processador é capaz de realizar algumas operações primitivas (MONTEIRO, 2007): a) Operações aritméticas e lógicas – somar, subtrair, multiplicar, dividir e realizar comparações de números. b) Operações de movimentação de dados – mover um dado de um local de armazenamento para outro. c) Operações de entrada ou saída – transferir um valor para um dispositivo de saída ou de um dispositivo de entrada para o processador

2. O processador é responsável por buscar e executar as instruções existentes na memória, as quais determinam as operações que o computador deve realizar.

   • Buscar instrução – o processador busca na memória a instrução a ser executada.
     • Interpretar a instrução – a instrução é decodificada para determinar a ação que deve ser executada.
       • Obter os dados – a execução da instrução pode necessitar a leitura de dados da memória ou dos dispositivos de entrada.
         • Processar os dados – a execução da instrução pode necessitar de alguma operação aritmética ou lógica com os dados.
           • Gravar os dados – a execução da instrução pode requerer a gravação dos dados na memória ou em um dispositivo de saída.

3. Componentes do processador: Um processador possui basicamente os seguintes componentes: • Unidade de controle. • Unidade lógica e aritmética. • Registradores. • Barramentos.

   • A unidade de controle do processador é responsável por realizar a interpretação das instruções de máquina a serem executadas pelo computador, e ainda, pela transferência de dados e instruções para dentro e para fora da CPU.
     • Unidade lógica e aritmética A unidade lógica e aritmética é responsável por, efetivamente, processar as informações através da realização de cálculos e comparações.
       • Os registradores são posições de memória dentro do processador responsáveis por armazenar, temporariamente, os valores (dados) que estão sendo processados e algumas informações de controle necessárias para o processamento.
         • Os registradores podem ser: a) De uso geral – podem ser usados para uma variedade de funções pelo programador. São divididos em 2 grupos podendo armazenar dados ou endereços de memória. b) Contador de programas (PC – Program Counter) – contém o endereço de uma instrução a ser lida. c) Registrador da instrução (IR – Instruction Register) – contém a instrução lida mais recentemente. d) Registrador de endereço de memória (MAR – Memory Address Register) – contém o endereço de uma posição de memória. e) Registrador de buffer de memória (MBR – Memory Buffer Register) – contém um valor (dado) para ser escrito na memória ou o valor lido mais recentemente. f) Flags ou estado do programa (PSW – Program Status Word) – contém a informação do estado do programa e da última operação lógica ou aritmética.
         • Barramentos, os barramentos podem ser: Barramento de dados, Barramento de endereços, Barramento de controle que são: MIO, RD, WR, INT, NMI, INTA, VCC, GND, Reset e Clock.

4. Implementação da CPU Durante a fase de projeto e construção de uma CPU, os projetistas devem decidir como os circuitos eletrônicos vão executar as instruções dos programas. Conceitualmente, há duas formas de implementar as instruções que são: Implementação monociclo e Implementação multiciclo

5. Quando um processador é desenvolvido, ele disponibiliza o conjunto de instruções (linguagem) que pode ser usado pelos programadores para escrever os programas. De acordo com o tipo de instrução, um processador pode ser: Complex Instruction Set Computer (CISC) ou Reduced Instruction Set Computer (RISC)

6. Evolução dos processadores Os processadores têm apresentado uma evolução constante no desempenho, especialmente devido à miniaturização dos componentes. Isso tem permitido produzir processadores mais rápidos, menores e com menor custo.

   • As principais evoluções nos processadores para obter um maior desempenho são através das seguintes técnicas: Aumento do clock (overclocking), Aumento no número de bits da CPU, Aumento na capacidade de endereçamento, Utilização de memória cache, Utilização de pipelines, Utilização de arquitetura escalar e superescalar, Utilização de arquitetura vetorial, Utilização de arquitetura VLIW, Utilização de Multithreading Simultâneo (SMT), Utilização de multicore e Incorporação da Unidade de Processamento Gráfico (GPU) na CPU

7. Avaliação de desempenho, o desempenho de um processador ou de um computador pode ser analisado sob dois aspectos; Tempo de resposta e Vazão (throughput)