Processadores são encontrados em muitos dispositivos eletrônicos modernos, incluindo PCs, smartphones, tablets, e outros dispositivos portáteis. Seu propósito é receber entradas na forma de instruções do programa e executar trilhões de cálculos para fornecer a saída com a qual o usuário fará interface.
Um processador inclui uma unidade de lógica aritmética e controle (CU), que mede a capacidade em termos do seguinte:
- A capacidade de processar instruções em um determinado momento.
- Número máximo de bits/instruções.
- Velocidade relativa do relógio.
Todo o tempo que uma operação é realizada em um computador, como quando um arquivo é alterado ou uma aplicação é aberta, o processador deve interpretar o sistema operacional ou as instruções do software. Dependendo das suas capacidades, as operações de processamento podem ser mais rápidas ou lentas, e ter um grande impacto no que é chamado de “velocidade de processamento” da CPU.
Cada processador é constituído por uma ou mais unidades de processamento individuais chamadas “núcleos”. Cada núcleo processa instruções de uma única tarefa de computação a uma determinada velocidade, definida como “velocidade do relógio” e medida em gigahertz (GHz). Como o aumento da velocidade do relógio para além de um certo ponto tornou-se tecnicamente demasiado difícil, os computadores modernos têm agora vários núcleos de processamento (dual-core, quad-core, etc.). Eles trabalham juntos para processar instruções e completar múltiplas tarefas ao mesmo tempo.
Os computadores desktop e laptop modernos agora têm um processador separado para lidar com a renderização gráfica e enviar a saída para o dispositivo monitor de exibição. Como esse processador, a GPU, é especificamente projetado para essa tarefa, os computadores podem lidar com todos os aplicativos que são especialmente intensivos em gráficos, como jogos de vídeo, de forma mais eficiente.
Um processador é feito de quatro elementos básicos: a unidade lógica aritmética (ALU), a unidade de ponto flutuante (FPU), os registros e as memórias de cache. A ALU e a FPU realizam operações aritméticas e lógicas básicas e avançadas sobre números, e depois os resultados são enviados para os registros, que também armazenam instruções. Caches são pequenas e rápidas memórias que armazenam cópias de dados para uso frequente, e agem de forma similar a uma memória de acesso aleatório (RAM).
A CPU realiza suas operações através dos três passos principais do ciclo de instruções: fetch, decodificar e executar.
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Fetch: a CPU recupera as instruções, geralmente de uma RAM.
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Decodificar: um descodificador converte a instrução em sinais para os outros componentes do computador.
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Executar: as instruções agora descodificadas são enviadas para cada componente para que a operação desejada possa ser executada.