Quais são as partes de um microprocessador?

O que é um microprocessador? Quais são as partes de um microprocessador ? Como ele funciona? Essas e outras perguntas serão respondidas neste artigo. Faremos inclusive uma comparação entre microprocessador e microcontrolador, dois termos que muitas pessoas confundem.

Você consegue sentir a importância desse componente de hardware ao realizar as tarefas que deseja executar. A cada nova versão de CPU, os laptops ficam mais rápidos, mais potentes e mais eficientes.

Geralmente, quanto mais rápido o microprocessador, mais rápido será o seu computador.

O que é um microprocessador?

O microprocessador é o único componente de um computador responsável por executar todas as instruções de hardware e software. Também é conhecido como chip lógico, unidade central de processamento (CPU) ou simplesmente processador.

O microprocessador é o coração de um sistema de computador, servidor ou laptop. É uma pequena unidade de computação fabricada em um único chip. O microprocessador é um circuito integrado digital controlado por clock, construído usando tecnologia VLSI.

Aceita as entradas na forma binária, processa-as de acordo com a instrução armazenada na memória e realiza a operação lógica aritmética e lógica digital sequencial. Os componentes utilizados na construção do chip são transistores, registradores, diodos, etc., que trabalham juntos para realizar a operação atribuída.

Podemos dizer também que microprocessador é uma espécie de unidade de circuito integrado (IC) que combina todas as funções básicas de uma unidade central de processamento (CPU) do computador.

É uma unidade programável fabricada em chip de silício e composta por unidade ALU, unidade de relógio e controle e matriz de registro que aceita a entrada na forma binária (0 e 1) e fornece a saída após processar os dados de acordo com as instruções. obtido na unidade de memória.

Os blocos de construção básicos deste processador são uma ALU, uma matriz de registros e a unidade principal de processamento de controle.

A função da unidade lógica aritmética (ULA) é realizar operações matemáticas e lógicas com base em dados extraídos de unidades de entrada ou do dispositivo de memória.

O conjunto de registradores é uma combinação de um registrador e um acumulador. A unidade de controle gerencia o processamento geral e o fluxo de dados no computador.

Quais são as partes de um microprocessador?

As 4 partes principais de um microprocessador são as seguintes:

• A ALU, Unidade Lógica Aritmética.
• A UC, Unidade de Controle.
• A Unidade de Memória.
• Os transistores.

A Unidade Lógica Aritmética (ALU)

A Unidade Lógica Aritmética (ALU) realiza operações matemáticas, lógicas e de decisão. É a unidade responsável pela adição, subtração, multiplicação e divisão).

Também serve como unidade lógica, responsável por comparar, selecionar, combinar e mesclar diferentes dados ou informações. A potência e a eficiência da CPU dependem do design da ALU.

A Unidade de Controle (CU)

A seguir está a unidade de controle (CU), que dirige todas as operações do processador. É onde a CPU lê e interpreta as solicitações de memória e as transforma em uma série de sinais binários.

Em seguida, envia a operação para várias partes do computador de acordo com as instruções. A UC chama a ULA para realizar os cálculos necessários. Ele também coordena todos os dispositivos de entrada/saída para transferir ou receber instruções.

A unidade de memória

A principal função da unidade de memória é armazenar dados ou instruções e resultados intermediários. É dividido em memória primária e memória secundária, para fornecer dados às demais unidades da CPU.

Permite que a CPU execute funções solicitadas por programas como o sistema operacional, sem a necessidade de solicitar RAM.

Os transistores

Outro elemento do microprocessador que não aparece nos diagramas é o transistor. Essas chaves microscópicas armazenam informações binárias (uns e zeros) para realizar cálculos.

Eles controlam o fluxo de eletricidade dependendo se o interruptor está ligado ou desligado. Os sinais são desligados e ligados em diferentes combinações de transistores para realizar cálculos. Um chip de silício muito fino pode conter centenas de milhões de transistores.

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Terminologias Utilizadas

Vejamos alguns termos comumente usados ​​quando falamos sobre microprocessadores.

Bus

O barramento é uma combinação de condutores proposta para a transmissão de dados contendo informações de direção e controle para vários elementos do mesmo. Os microprocessadores consistem em três tipos de barramentos: um barramento de dados, um barramento de controle e um barramento de endereços.

• O barramento de dados É bidirecional e leva de e para a memória.
• O barramento de endereços É o barramento unidirecional que transporta o endereço da porta de entrada ou saída da CPU para a memória ou porta de E/S.
• O barramento de controle Ele carrega o sinal de clock, o sinal de interrupção e o sinal de prontidão e são bidirecionais e denotam o estado do processo.

Conjunto de instruções

O conjunto de instruções é um conjunto de comandos fornecidos por este processador para que ele possa entender o que lhe está sendo dito para fazer. Portanto, ele atua como uma interface entre o software e o hardware deste processador.

Um exemplo de conjunto de instruções é que a instrução pode instruir o processador para OR entre o registro A e o registro B para processar alguma unidade de dados de entrada.

comprimento da palavra

O comprimento da palavra é definido como o número de bits no barramento de dados interno que um processador pode processar em um determinado momento. Por exemplo, um processador de 16 bits terá um barramento de dados de 16 bits, um registrador de 16 bits e realizará processamento de 16 bits em um determinado momento.

Este seria o comprimento da sua palavra.

Cache

A memória cache é um tipo de RAM integrada ao processador. Também chamada de memória da CPU, ela é usada para acessar dados mais rapidamente do que outras unidades de memória.

O cache armazena o conjunto de instruções usadas com mais frequência para realizar o tipo de tarefas repetitivas. Portanto, melhora a velocidade geral da operação.

Velocidade do relógio

Um sinal de clock é usado para controlar a velocidade com que o processador executa instruções . O clock também sincroniza todos os componentes usados ​​no processador. A velocidade do clock é medida em hertz (Hz), megahertz (MHz) ou gigahertz (GHz).

Decodificador de instruções

É aquele que decodifica as instruções recebidas do registrador de instruções e as converte em linguagem de máquina, e então as envia para a unidade ALU para processamento.

Unidade ALU

ALU significa Unidade Lógica Aritmética . Ela executa todas as operações lógicas, matemáticas, de registro e de memória.

Registrar

O registrador armazena o valor intermediário da saída do programa durante o processamento e, em seguida, o compara com o registrador de teste antes de gerar a saída final.

Potência do design térmico

TDP é outro termo que você certamente encontrará. Ao contrário dos microprocessadores para desktops, os processadores para dispositivos móveis precisam encontrar um equilíbrio entre desempenho e consumo de energia.

O TDP mede a potência máxima consumida por um microprocessador em Watts. É uma métrica importante para determinar o quão frio seu laptop permanecerá durante o uso intenso.

Como funciona um microprocessador?

Isso pode ser chamado de motor de computação, fabricado em um único chip , e é o coração do sistema de computador. A linguagem nativa que esse processador entende é a linguagem assembly, e ele executa o conjunto de instruções da máquina que diz ao processador qual função ele precisa executar.

Com base nestas instruções, execute as seguintes ações:

Utilizando unidades aritméticas ou lógicas, realiza operações matemáticas como adição, subtração, multiplicação e divisão. Os processadores mais recentes, baseados em tecnologia avançada, possuem unidades ALU modernas que podem executar operações lógicas complexas, mesmo com grandes números de ponto flutuante.

Possui RAM e ROM . ROM significa memória somente de leitura. A ROM é programada com bytes predefinidos, e o barramento de endereços informa ao chip da ROM qual byte deve ser lido e colocado no barramento de dados para processamento posterior.

A ROM também é conhecida como BIOS (Sistema Básico de Entrada/Saída) e, quando o PC é inicializado, ele começa com a configuração armazenada na memória da BIOS.

Utilizando as instruções da BIOS, o computador procura o setor de inicialização no disco rígido . Após aprender as instruções do disco rígido, o computador armazena os dados do setor de inicialização na RAM.

RAM significa Memória de Acesso Aleatório e pode ler ou escrever bytes de acordo com o conjunto de instruções. O chip de RAM apaga tudo o que está armazenado nele assim que o computador é desligado. Portanto, é uma memória de armazenamento temporário.

Agora vamos examinar a função dos diferentes componentes deste processador. O barramento de endereço (8 bits, 16 bits ou 32 bits) enviará um endereço para a memória. Da mesma forma, a função do barramento de dados é enviar ou receber dados da memória.

As linhas de leitura e escrita desempenham um papel importante ao informar à memória se deve definir ou buscar o endereço . A linha de clock define o pulso de clock do processador, e a linha de reset reinicia a execução do programa, zerando o contador.

Os registradores são os flip-flops usados ​​para executar funções lógicas booleanas. Para um processador de 8 bits, por exemplo, são necessários três registradores para realizar operações lógicas.

A ULA executa a operação lógica, e o registrador de teste armazena o valor de saída para comparações internas. Um buffer de três estados também é usado aqui, permitindo que diferentes saídas sejam conectadas a uma linha, mas apenas uma delas envie um 1 ou um 0 para a linha.

O decodificador de instruções é usado para ativar o buffer de três estados, a linha de leitura e a linha de entrada de dados . De acordo com o ciclo de clock, o decodificador de instruções ativa o buffer necessário e, assim, bloqueia a instrução no registrador.

O decodificador de instruções então decodifica a saída da operação realizada pela ULA e a consulta usando o registrador de comparação.

Dependendo do conjunto de instruções, ele executará as tarefas em cada ciclo de clock e ao final do ciclo o contador do programa é incrementado.

Como opera com base em um conjunto de instruções múltiplas, que é um conjunto de vários padrões de bits, essa coleção de bits de instrução é conhecida como linguagem assembly do processador.

Um montador é usado para traduzir esses padrões e a saída é armazenada na memória para o processador executar o programa.

Vantagens de um microprocessador

• Rentável: Ele é fabricado em um pequeno circuito integrado (IC), o que reduzirá o custo geral do sistema de hardware.
• Alta velocidade: É capaz de manipular e executar milhões de instruções e funções por segundo devido à tecnologia que utiliza. Portanto, esses chips funcionam em altíssima velocidade.
• Tamanho pequeno: Devido ao uso de tecnologias de circuito integrado de grande escala (VLSI), ele é fabricado em uma área muito pequena, o que reduzirá o tamanho geral do chip.
• Menor consumo de energia: Esses processadores são construídos com tecnologia semicondutora de óxido metálico que opera nos modos de saturação e corte. Portanto, o chip consome muito pouca energia em comparação com outros dispositivos.
• Confiável e portátil: Ele usa tecnologias de transistor VLSI e MOSFET, portanto a taxa de falha do chip é muito menor, tornando-o um dispositivo muito confiável. O sistema de computador que utiliza esses chips também é portátil, pois é compacto e gera muito pouco calor que os demais dispositivos.
• Flexível: O mesmo chip pode ser usado para executar vários aplicativos usando um conjunto diferente de instruções. Isso torna o chip flexível.

Tipos de microprocessadores

Vejamos alguns microprocessadores e suas diferenças entre si.

Processadores RISC

O processador de computador com conjunto de instruções reduzido (RISC) implanta um conjunto pequeno e otimizado de instruções para execução de comandos.

Nos processadores RISC, cada instrução requer apenas um ciclo de clock para executar a saída em tempo real . Entre as características do processador RISC estão:

• Use conjuntos de instruções simples.
• Consiste em um grande número de registros.
• Ele usa modos de endereçamento simples e um conjunto de instruções de comprimento fixo.
• O uso de RAM é muito alto.
• Suporta diferentes formatos de dados.
• Altamente eficiente em termos energéticos.

O RISC consiste em dados de conjunto de instruções otimizados e uma unidade de memória conectada à memória cache.

Processadores CISC

Significa equipamento de conjunto de instruções complexo (CISC). Seu objetivo é minimizar o número de instruções por programa, ignorando o número de ciclos por instrução.

As instruções entram na unidade de hardware e fazem o processador funcionar de forma lenta e complexa. Entre suas funcionalidades temos:

• O uso de RAM é muito baixo.
• Um grande número de instruções é usado.
• Para executar uma instrução, são necessários mais do que vários ciclos.
• Vários modos de endereçamento são usados.
• O circuito do processador é muito complexo.
• Menos número de registros é usado.
• Um conjunto complexo e variável de instruções é usado.

A memória principal e a unidade de memória de controle são diferentes e para armazenar conjuntos de instruções complexos e para sua execução, a memória de controle também é conectada à unidade de controle.

Coprocessadores

É o tipo de processador usado com os processadores principais. Por exemplo, um processador matemático pode funcionar com o processador principal como o 8086 e pode resolver as funções mais rapidamente do que os processadores principais.

As operações realizadas pelos coprocessadores são aritmética, gráfica, processamento de sinal, criptografia/descriptografia, etc.

Processador de entrada/saída

É um processador diferenciado projetado para controlar dispositivos de entrada e saída, portanto possui memória local própria com utilização mínima da CPU.

O exemplo deste tipo de processador é o controlador de teclado e mouse, controlador de display gráfico, controlador DMA (acesso direto à memória), etc.

Computador transistorizado

Ele é projetado para comunicação entre processadores e possui memória local. É usado como uma unidade de processador única para conectar um transputador a outro através de links e para executar algumas tarefas especiais. Exemplos são processadores T212 de 16 bits, T425 de 32 bits, etc.

Microprocessador versus microcontrolador

Vejamos as diferenças entre microprocessador e microcontrolador:

Microprocessador

• A memória e os dispositivos de entrada e saída são conectados externamente.
• O circuito do microprocessador é geralmente muito grande, pois os componentes da memória estão conectados externamente.
• Microprocessadores são econômicos.
• O consumo de energia dos sistemas microprocessadores é superior ao dos microcontroladores devido à presença de componentes externos e à tecnologia utilizada que é o VLSI.
• É usado em computadores domésticos, laptops, etc.
• É o coração de um computador feito com um pequeno circuito integrado de silício.
• Ele não contém RAM, ROM, temporizadores ou componentes de entrada/saída fabricados dentro do chip.
• Para interagir entre periféricos e componentes de memória, é implementado um barramento externo.
• É muito complicado e caro de usar, pois requer muitas instruções para obter o resultado desejado.
• Funciona em alta velocidade. Eles operam a uma velocidade mais lenta que os microprocessadores.
• As principais aplicações do microprocessador são calculadoras, sistemas de contabilidade, dados de controle, máquinas de jogos, aplicações militares, sistemas de computação e semáforos, etc.

microcontrolador

• O microcontrolador possui memória integrada e componentes de entrada/saída.
• O circuito interno do microcontrolador não é muito grande.
• Microcontroladores são mais econômicos que microprocessadores.
• O consumo de energia dos microcontroladores é inferior ao dos microprocessadores, pois são construídos com tecnologia CMOS.
• Isto é usado principalmente em sistemas embarcados, máquinas de lavar e sistemas de música MP3.
• Contém um ou mais microprocessadores com CPU e outros componentes periféricos.
• Possui RAM, ROM, temporizadores e outros componentes junto com a CPU fabricada em um chip.
• Possui um barramento interno para interface entre RAM e componentes de entrada/saída.
• Seu circuito é muito simples e mais barato que os microprocessadores, com menos instruções a seguir para obter a saída desejada.
• As principais aplicações dos microcontroladores são dispositivos compactos como telefones celulares, CD players, câmeras, alarmes de segurança, OTG e microondas, máquinas de lavar louça e relógios, etc.

O que é o microprocessador 8085?

É um microprocessador de 8 bits que pode processar, receber e enviar dados de 8 bits simultaneamente. Opera a uma frequência de clock de 3 MHz e possui 16 linhas de endereço, o que lhe confere 64 kilobytes de memória.

O que é o microprocessador 8086?

É um microprocessador de 16 bits com 20 linhas de endereço e 16 linhas de dados, além de 1 MB de memória. Sua velocidade de processamento é superior à do microprocessador 8085.

Conclusão

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Este é um tema muito amplo para leitores interessados ​​na área de eletrônica e instrumentação. O conhecimento básico é muito útil para projetos de chips e processos de fabricação.

Este tutorial ajudará os leitores a adquirir conhecimentos básicos sobre o funcionamento do referido processador que explicamos. Depois de seguir este tutorial, você poderá entender facilmente o conceito e as terminologias relacionadas a isso.