Introdução à Computação II
Profa. Rita de Cássia Catini
Faculdade Santa Lúcia
Processadores
É um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador.
Também chamado de microprocessador
Todos os computadores e equipamentos eletrônicos baseiam-se nele para executar suas funções.
Para que possa interagir com o utilizador precisa de:
Memória
dispositivos de entrada/saída um clock
controladores e conversores de sinais, entre outros.
Cada um desses circuitos de apoio interage de modo peculiar com os programas e, dessa forma, ajuda a moldar o funcionamento do
O funcionamento dos processadores
O processador é composto basicamente de quatro partes:
Unidade lógica e aritmética (ULA):
executa operações aritméticas comuns. Também toma decisões lógicas,
resolvendo sintaxes lógicas em uma programação.
Unidade de controle:
responsável por gerar todos os sinais que controlam as operações no
exterior do CPU, e ainda por dar todas as instruções para o correto funcionamento interno do CPU;
Registradores:
uma memória veloz que armazena comandos ou valores que serão
importantes para o processamento de cada instrução.
Os registros mais importantes são:
Contador de Programa (PC) – Sinaliza para a próxima instrução; Registro de Instrução (IR) – Registra a instrução da execução;
Os outros realizam o armazenamento de resultados intermediários.
Memory Management Unit (MMU)
é um dispositivo de hardware que transforma endereços virtuais em
Velocidade de Operação
Os modelos de processadores variam de acordo com a
frequência do clock, frequência de memória suportada,
tamanho da cache e outros recursos compatíveis.
Os processadores tem alguns atributos que determinam sua
velocidade de operação.
Velocidade do Barramento de Comunicação com a memória RAM
(FSB)
Frequência (Clock) do Processador Bits dos processadores
Memória Cache
Características de um processador
Todo processador acessa a memória continuamente. Na memória existem dados a serem manipulados e programas a serem
executados. A execução é feita no NÚCLEO.
O núcleo é muito mais rápido que a memória, por isso
existem dentro do processador, áreas de
memória rápidas que ajudam a acelerar o acesso. A CACHE L2 acelera os acessos à
memória, e a CACHE L1, por sua vez, acelera os acessos à CACHE L2, e assim por diante.
O FSB (Front Side Bus) ou System BUS é a conexão entre o processador e a memória.
Barramentos
De maneira geral, os barramentos são os responsáveis pela
interligação e comunicação dos dispositivos em um computador.
Para o processador se comunicar com a memória e com o
conjunto de dispositivos de entrada e saída, são necessários três barramentos:
barramento de endereços (address bus);
barramento de dados (data bus);
Barramentos
Barramento de endereços:
Basicamente, indica de onde os dados a serem processados devem ser
retirados ou para onde devem ser enviados.
Barramento de dados:
é o barramento pelo o qual os dados transitam.
Barramento de controle:
faz a sincronização das atividades anteriores, habilitando ou desabilitando
o fluxo de dados, por exemplo.
Exemplo: Imagine que o processador necessita de um dado presente na memória. Pelo barramento de endereços, ele obtém a localização desse dado dentro da
memória. Como precisa apenas acessar o dado, o processador indica pelo
barramento de controle que esta é uma operação de leitura na memória. O dado é então localizado e inserido no barramento de dados, por onde o processador, finalmente, o lê.
Frequência de operação
Também chamado de Clock
É uma forma de indicar o número de instruções que podem ser executadas a cada segundo (ciclo).
Sua medição é feita em Hz (sendo que KHz corresponde a mil ciclos, MHz corresponde a 1000 KHz e GHz corresponde a 1000 MHz).
Assim, um processador Pentium II 800 MHz, indica que o mesmo pode realizar 800 milhões de ciclos por segundo.
A capacidade de processamento do processador não está relacionada exclusivamente ao clock, mas também a outros fatores como:
largura dos barramentos
quantidade de memória cache,
arquitetura do processador,
conjunto de instruções, etc.
O aumento da frequência de operação nominal do processador é denominado overclocking.
Clock interno e clock externo
Em um computador, todas as atividades necessitam de sincronização. O clock serve justamente para isso.
Clock interno: são as frequências com as quais os processadores trabalham.
Exemplo: Pentium 4 de 3,2 GHz.
Clock externo: também conhecido como Front Side Bus (FSB) ou, ainda, barramento frontal.
É o barramento de transferência de dados que transporta informação entre a UCP e o northbridge da placa-mãe.
O FSB existe porque os processadores não podem se comunicar com o controlador da memória usando a mesma velocidade do clock interno. Assim, quando essa comunicação é feita, o clock externo, de frequência mais baixa, é que é usado.
Bits dos processadores
Quanto mais bits internos o processador trabalhar, mais rapidamente ele poderá fazer cálculos e processar dados em geral, depedendo da execução a ser feita.
Isso acontece porque os bits dos processadores representam a quantidade de dados que os circuitos desses dispositivos conseguem trabalhar por vez.
Exemplo: Um processador com 16 bits, por exemplo, pode manipular um número de valor até 65.535. Se esse processador tiver que realizar uma operação com um número de 100.000, terá que fazer a operação em duas partes.
Evolução:
16 bits: Processadores mais antigos, como o 286.
32 bits: Ainda são encontrados no mercado de trabalho. 64 bits: padrão atual de processadores.
Memória cache
Consiste em uma pequena quantidade de memória SRAM embutida no processador e atuando como um intermediário, para que nem sempre ele necessite chegar à memória RAM para acessar os dados dos quais necessita.
Quando o processador precisa ler dados na memória RAM, um
circuito especial chamado "controlador de cache" transfere blocos de dados muito utilizados da RAM para a memória cache. Assim, no próximo acesso do processador, este consultará a memória cache, que é bem mais rápida, permitindo o processamento de dados de maneira mais eficiente.
Se o dado estiver no cache, o processador a utiliza, do contrário, irá buscá-lo na memória RAM,
Níveis de Cache
Os processadores trabalham, basicamente, com:
L1 (Level 1 - Nível 1) - O cache primário é embutido no próprio processador e é rápido o bastante para acompanhá-lo em velocidade.
L2 (Level 2 – Nível 2) - é ligeiramente maior em termos de capacidade e passou a ser utilizado quando o cache L1 se mostrou insuficiente.
Antigamente, um tipo distinguia do outro pelo fato da memória cache L1 estar localizada junto ao núcleo do processador, enquanto que a cache L2 ficava localizada na placa-mãe. Atualmente, ambos os tipos ficam
localizados dentro do chip do processador.
L3 (Level 3 - Nível 3) - A divisão tradicional entre cache L1 e cache L2
funcionou bem durante a fase dos processadores single-core e dual-core. Entretanto, com a introdução dos processadores quad-core passou a fazer mais sentido usar caches L1 e L2 menores e incluir um terceiro nível de cache.
Níveis de Cache
Exemplo
Core i7, que usa 64 KB de cache L1 e 256 KB de cache L2 por núcleo e usa um grande cache L3 de 8 MB compartilhado entre todos. Dentro do processador, ele corresponde à área
sombreada no diagrama
Processadores com dois ou mais
núcleos
Processadores desse tipo contam com dois ou mais núcleos
distintos no mesmo circuito integrado, como se houvesse dois
processadores dentro de um. Dessa forma, o processador
pode lidar com dois om mais de um processospor vez, um para
cada núcleo, melhorando o desempenho do computador
como um todo.
Motivação para uso desta tecnologia:
Para aplicações domésticas e de escritório, no entanto,
computadores com dois ou mais processadores são inviáveis devido aos elevados custos que esses equipamentos
representam.
Limitações físicas e tecnológicas impedem o aumento excessivo
Núcleos/threads
Núcleos e theads/segmentos caminham juntos.
Threads são estruturas de execução associadas a um processo,
que compartilham suas áreas de código e dados, mas mantêm
contextos independentes.
Ao dividirem suas atividades em múltiplas threads, que podem
ser executadas paralelamente, aplicações podem se beneficiar
mais efetivamente dos diversos núcleos dos processadores
multicores
A multissegmentação permite que cada núcleo trabalhe em duas tarefas
ao mesmo tempo, permitindo, assim, que você desempenhe mais atividades simultaneamente e produza resultados mais rápidos e mais eficientes.
Processadores com dois ou mais
núcleos
Pelo menos teoricamente, é possível fabricar processadores
com dezenas de núcleos.
Na imagem, uma montagem que ilustra o interior de um
Intel e AMD
Intel e AMD são os principais
fabricantes de processadores. A Intel é pioneira, criou vários processadores desde 1971. Em 1981 a IBM lançou o IBM PC, o avô de todos os PCs atuais. Era baseado no processador Intel 8088. A AMD, que no início era parceira da Intel, é hoje sua concorrente. A
concorrência contribui para a redução de preços.
IMPORTANTE: Cada processador exige uma placa de CPU específica. Por
exemplo, em uma placa de CPU para Pentium 4, não podemos instalar um processador SEMPRON, e vice-versa.
Exemplos de processadores: Pentium 4 (Intel) e Sempron (AMD).
Coolers
Responsável pelo controle da temperatura na CPU.
O que torna um cooler mais ou menos eficiente é a relação entre a área de dissipação, o volume de ar deslocado pelo exaustor e a
eficiência dos heat-pipes (caso usados), que precisam ser suficientes para transportar o calor da base até o dissipador.
Existe um mercado relativamente grande para coolers com layouts diferenciados, que utilizam os mesmos elementos básicos
base de cobre
heat-pipes
folhas de alumínio ou cobre
Thermaltake MaxOrb EX:
Kits de fixação
Permitem que o mesmo modelo de cooler seja
compatível simultaneamente com diversos soquetes.
Os kits consistem em braçadeiras removíveis, que são
presas à base do cooler e podem ser substituídas
conforme necessário:
Pasta Térmica/Elastômero
É um composto químico elaborado com elementos que
possuem propriedades de conduzir bem o calor.
É usado para dissipar o calor do processador, passando-o
para o dissipador. Este último, será resfriado pela ação
da ventoinha parafusada ao dissipador.
IMPORTANTE:
-Nunca coloque muita pasta térmica durante a instalação do cooler.
-Toda vez que o cooler for retirado a pasta térmica deve ser trocada.
-A pasta térmica deve ser trocada uma vez por ano.
Instalação do Processador
Ao se manipular um processador deve se tomar um imenso
cuidado
, pois é uma peça que por ter uma arquitetura
minúscula e frágil não pode tomar tombos, solavancos, etc.
OBS: Nunca toque diretamente os contatos do processador!
Hoje devido a diversidade de soquetes existentes no mercado
varia-se um pouco a maneira de instalar os processadores,
mas basicamente segue um princípio lógico,
primeiro se levanta a trava do soquete(1), insere-se o processador(2),
passa uma quantia básica de pasta térmica(3),
