O que é um processador? A unidade central de processamento é o cérebro do computador que está envolvido na redução dos números. Tudo o que um computador faz – de jogar videogame a escrever ensaios – é dividido em um conjunto de instruções matemáticas. O processador pega essas instruções e as executa.
Os detalhes de como isso acontece são, é claro, muito mais complexos do que esta explicação simples. A coisa mais importante que você precisa saber é que o processador é o mecanismo matemático básico do computador.
Uma breve história dos processadores
A história da computação é longa e complexa. Também vai mais longe na história do que a tecnologia digital, a eletrônica ou mesmo a eletricidade. Abacus é uma espécie de processador. O mesmo acontece com as calculadoras mecânicas. A grande diferença é que essas máquinas podem resolver apenas um ou alguns problemas matemáticos. Eles não são processadores de uso geral como o processador moderno é.
O que torna a U um dispositivo de computação de uso geral é o uso da lógica. Em 1903, Nikola Tesla patenteou circuitos elétricos conhecidos como portões e interruptores. Usando esses circuitos, você pode criar dispositivos que realizam operações lógicas nas quais uma máquina pode operar sob certas condições.
No final dos anos 1940, William Shockley, John Bardeen e Walter Brattain inventaram e patentearam um dispositivo chamado transistor enquanto trabalhavam nos Laboratórios Bell. O transistor é o bloco de construção principal de um processador. Transistores são componentes de computador relativamente pequenos. O transistor é uma invenção tão importante que três inventores receberam o Prêmio Nobel por ele.
No final dos anos 1950, Robert Noyce e Jack Kilby deram um grande o em frente e criaram o primeiro circuito integrado funcional. Um circuito integrado é uma coleção de circuitos eletrônicos integrados em uma peça de material semicondutor. Na maioria dos casos, esse material é o silício. Isso é o que as pessoas querem dizer quando falam em microchip.
Um processador consiste em um ou mais microchips. Esta é uma invenção importante porque bilhões de transistores podem ser agrupados em um processador. Isso cria mecanismos matemáticos incrivelmente poderosos.
Por meio das invenções de portas lógicas, transistores e circuitos integrados, o mundo inteiro mudou. Hoje em dia, os microchips estão em tudo, não apenas no computador. E os processadores são os microchips de uso geral mais avançados que podemos fazer.
Como funcionam os processadores?
Todo o princípio do processador é baseado em código binário. As pessoas tendem a representar números usando um sistema chamado base 10, ou sistema decimal. Os valores locais de cada dígito no número são aumentados dez vezes. Portanto, “111” contém cento e dez e um.
Os computadores e seus processadores não conseguem entender a base 10. Os transistores funcionam com o princípio de ligar ou desligar. Isso significa que as portas que você constrói a partir delas também podem funcionar apenas com esses dois estados. É por isso que, em essência, os processadores funcionam em binário. Este sistema numérico tem diferentes significados de lugar. Em vez disso, se 1, 10, 100, 1000, etc. Os lugares são 1,2,4,8, 16,32,64,128 etc.
Assim, no código binário “111” será 7 em números decimais, já que você adiciona 1,2 e 4 juntos. Se qualquer um dos números for zero, você simplesmente pula-o e adiciona o valor da casa do próximo 1… Desta forma, você pode expressar qualquer valor decimal. Observe que os números binários são frequentemente lidos da direita para a esquerda, então o valor “1”Estará no canto direito.
Vamos colocar isso em uma planilha para deixar bem claro:
Assim, 111 é “7″E” 11101 “é 23 porque o quinto em binário tem 16. Muito legal, certo? Você pode expressar qualquer número possível que possa ser escrito em decimal desta forma. Isso significa que os computadores construídos em transistores podem funcionar com qualquer número.
Como os processadores são feitos?
O processo de fabricação dos processadores modernos também é, como seria de esperar, bastante complicado. O processo principal envolve o cultivo de grandes cilindros a partir de um cristal de silício. Suas propriedades de semicondutor o tornam ideal para a construção de um circuito integrado binário.
Esses grandes cristais são cortados em finas bolachas. Os waffles são então “dopados” com outro produto químico para ajustar suas propriedades. O padrão em nanoescala é então gravado na superfície do wafer usando luz, usando um processo conhecido como fotolitografia.
Design e desempenho do processador
Os processadores não são todos iguais. O primeiro verdadeiro ancestral do processador moderno, o Intel 8086, tinha cerca de 29.000 transistores em seu circuito integrado. Hoje, um processador como o Intel i99900K tem um pouco mais 1,7 bilhões de transistores. Quanto mais densos os circuitos lógicos do processador, mais complexo e maior o número de instruções que ele pode executar por ciclo de clock.
Espere, ciclo do relógio? Sim, este é outro componente importante do desempenho do processador. A U funciona em uma frequência específica, com cada pulso de clock da U, um ciclo de computação é executado. Se você pegar o mesmo processador e dobrar sua velocidade de clock, então (em teoria) ele deve rodar duas vezes mais rápido.
Em 1978, o Intel 8086 estava funcionando em uma frequência 5 MHz na inicialização. São cinco milhões de tiquetaques por segundo. Intel i9-9900K? Começa com 3,6 GHz. É 3600 MHz, com a opção de aumentar a velocidade para 5000 MHz quando possível.
Para adicionar outro problema de desempenho da U, as Us modernas na verdade contêm vários “núcleos”. Cada núcleo é efetivamente um processador independente. Normalmente existem pelo menos quatro desses núcleos hoje, mas nos últimos anos, os computadores convencionais tiveram seis ou oito núcleos. Os computadores profissionais de ponta podem ter cerca de 100 núcleos de processador.
Ter vários núcleos significa que o processador pode executar vários conjuntos de instruções em paralelo. Isso significa que nossos computadores podem fazer muitas coisas ao mesmo tempo sem nenhum problema. Alguns processadores têm núcleos “multi-threaded”. Esses kernels podem lidar com duas tarefas separadas por conta própria. Nos processadores Intel, isso é chamado de “hyper-threading”.
Portanto, o desempenho geral do processador se resume a uma combinação:
– Este é o número total de transistores e quão avançados estão seus circuitos lógicos;
– Frequência de relógio;
– Número de núcleos;
– O número de threads.
É claro que isso é mais do que esses quatro pontos principais. No entanto, essas são quatro considerações principais para manter o processador funcionando sem problemas.
A função do processador em seu computador
A última coisa que precisamos abordar é a função que o processador desempenha em seu computador. Afinal, este não é o único chip IC do seu computador. Por exemplo, as GPUs costumam ser ainda mais transistorizadas do que as Us.
Eles precisam de seu próprio resfriamento e fonte de alimentação, além de memória. É como um pequeno computador extra! O mesmo pode ser dito para os chips que controlam o tráfego de áudio, USB e disco rígido. Então, por que o processador é especial? Estas são as principais razões:
– Pode lidar com QUALQUER instrução, a GPU só faz certos tipos de processamento.
– Ele une todos os outros componentes, empurrando e puxando dados para fazer seu computador funcionar.
– O processador participa de todo o trabalho que o computador pediu para fazer até certo ponto.
Resumindo, o processador é o componente de desempenho de uso geral mais importante do computador. Não tome isso como garantido!
