O que é um microprocessador?

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Categoria: QuéQuéIsso?

Atualização: Domingo, 14 Junho 2009 17:35

Autor: vovó Vicki

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Este texto trata da arquitetura básica dos microprocessadores.

A Unidade Central de Processamento (CPU - Central Processing Unit), Processador ou Microprocessador é o "cérebro" do computador. Sua missão consiste em controlar e coordenar todas as operações do sistema. A CPU extrai todas as instruções dos programas residentes na memória do computador (memória RAM), uma de cada vez, as analisa e emite as ordens necessárias para serem realizadas.

Para entender como funciona um microprocessador, primeiramente é necessário ter uma idéia muito clara das partes ou blocos que o compõem. Sem conhecer a arquitetura básica de um processador é praticamente impossível entender seu funcionamento. De forma geral, podemos considerar que os processadores possuam três grandes blocos ou unidades: a de decodificação e a de execução, que ficam na unidade de controle, e a unidade aritmético-lógica (ALU - aritmethic logic unit).

A unidade de decodificação, uma das principais da unidade de controle, identifica a instrução que está para ser executada. Quando o processador lê uma instrução que está na memória, o código desta instrução é enviado para esta unidade. Ela então interpreta este código, verifica se é válido e determina o tipo da instrução que deve ser executada, por exemplo uma soma, uma trasnferência de dados para a memória, etc. Uma vez identificada a instrução, a unidade de decodificação comunica a unidade de execução.

A unidade de execução, ao ser informada da instrução que deve ser executada, aciona de forma coordenada as diversas partes do processador para que ocorra a execução da instrução recebida.

A ALU, ou unidade aritmético-lógica, é o bloco encarregado de realizar todas as operações aritméticas. As operações que esta unidade realiza são soma, subtração, multiplicação, divisão e as operações lógicas, como AND, OR, NOT, XOR, etc.

A Unidade de Controle

Para realizar as tarefas indicadas no fluxograma acima, diversos elementos da unidade de controle do microprocessador precisam realizar tarefas específicas. Os elementos mais importantes são:

A Unidade de Controle

Contador

Se as instruções armazenadas na memória são executadas numa determinada ordem, sequencialmente ou com saltos, é óbvio que precisa existir um componente que indique o endereço de memória onde se encontra a instrução que deve ser executada. Esta é a função do contador do programa.

Registradores

A instrução que foi obtida da memória precisa ser armazenada no interior do processador para poder ser analisada e executada. Para isto existem componentes chamados registradores de instruções. As instruções são compostas por um código e, na maioria das vezes, por operandos (valores ou endereços de memória).

Decodificador

O decodificador, da unidade de controle, precisa comparar a instrução que está no registrador com o conjunto de instruções próprias do processador (cada modelo possui um conjunto particular) e ativar o sequenciador que ativa os outros elementos responsáveis pela execução.

Clock

O ritmo de trabalho é dado por um clock que emite sinais elétricos numa frequência constante. Estes impulsos marcam os instantes em que os passos de cada instrução devem ser executados.

Sequenciador

A ordem seguida na execução de uma instrução é ditada por um elemento sequenciador que, no ritmo do clock, gera as ordens necessárias para completar a instrução passo a passo. São as chamadas micro-ordens.

ALU - Unidade Aritmético-Lógica

A Unidade Aritmético-Lógica

Os principais elementos da ALU, responsável pelos cálculos aritméticos (soma, subtração, multiplicação e divisão) e pelas operações lógicas (comparações) são quatro.

Circuito Operacional

O circuito operacional contém os circuitos necessários para realizar as operações com os dados procedentes dos registradores de entrada (REN). Estes registradores armazenam os dados ou endereços de memória onde se localizam os dados necessários para que o circuito operacional possa efetuar as operações de acordo com a instrução recebida. Apesar do nome, estes registradores também são utilizados para armazenar resultados intermediários das respectivas operações.

Acumulador

O acumulador é um registrador que armazena os resultados das operações efetuadas pelo circuito operacional. Está conectado aos registradores de entrada para realimentação nos casos de operações em série. Também está diretamente conectado ao bus interno para poder enviar os resultados para a memória ou para a unidade de controle.

Registrador de Estado

O registrador de estado, como o nome indica, guarda as condições resultantes da última operação realizada e que possam ser necessárias para as operações subsequentes. Cada um dos seus bits é chamado de sinalizador (ou flag) e indica, por exemplo, se o resultado foi zero, positivo ou negativo.

O Conjunto de Instruções

Cada modelo de processador possui um conjunto de instruções próprio. De acordo com o número de instruções que compõem o conjunto, podemos classificar os processadores em CISC e RISC. CISC é a sigla para Computador de Conjunto Complexo de Instruções (Complex Instructions Set Computer) e RISC é a sigla para Computador de Conjunto Reduzido de Instruções (Reduced Instructions Set Computer). Os processadores CISC possuem um número muito maior de instruções (algumas centenas) do que os processadores RISC (algumas dezenas), porém são mais lentos. Os primeiros microprocessadores da Intel eram do tipo CISC e, à medida que evoluíram, foram incorporando algumas características RISC.

Quanto mais evoluído um microprocessador, maior é o número de instruções que consegue executar. Basicamente, as instruções podem ser classificadas em:

• As instruções de transferência de dados permitem movimentar dados dentro do processador - entre registradores - ou movimentar dados entre a memória e o processador.
• As instruções de cálculos possibilitam efetuar os cáculos aritméticos e lógicos, assim como deslocamentos e rotações bit a bit.
• As instruções de transferência de controle do programa permitem interromper a sequência linear do programa e saltar para um outro ponto do mesmo.
• As instruções de controle são instruções especiais que atuam sobre o próprio microprocessador desativando interrupções, bloqueando sua atividade ou passando ordens ao co-processador.

As instruções são compostas por um código identificador e, na maioria das vezes, por um ou mais operandos. Considere-as como sendo um jogo completo de informações para que a instrução possa ser realizada. Por exemplo, se for uma instrução de soma, esta vem acompanhada pelos dois operandos que devem ser somados.