Arquitetura De Computadores

Aula-tema 01: Estrutura e Funcionamento da CPU: introdução

Antes de começarmos a estudar a CPU, é interessante entendermos alguns conceitos simples. O conjunto de hardware e software forma o considerado sistema de computação, para executarmos um processamento. É interessante saber as diferenças entre o hardware e o software. O hardware é o equipamento físico, representado no computador por suas partes magnéticas, ópticas, mecânicas e eletrônicas. Ele é formado por: unidade central de processamento, memória e dispositivos de entrada/saída de dados. O software é o conjunto de instruções capaz de fazer com que o computador processe cada dado, resultando no objetivo. De forma geral, dizemos que o equipamento (hardware) é útil desde que seu software seja satisfatório.

Os computadores mais comuns foram baseados no conceito de programa armazenado, de Von-Neumann. Esta arquitetura foi proposta em 1945, e tem por elementos principais: memória, unidade aritmética lógica, registradores, unidade central de processadores, unidade de controle e dados de entrada. Tal arquitetura dá a possibilidade de uma máquina digital guardar programas e dados no mesmo espaço, ou seja, mesmo barramento para os dados e para as instruções.

Quanto à sua evolução, podemos considerar o primeiro microprocessador comercial foi o 4004, desenvolvido pela Intel em 1971, exclusivo com circuito programável, com registradores de 4 bits, 46 instruções, clock de 740Khz e aproximadamente 2300 transistores. Após isso, veio o 8008, com 8 bits e, logo em seguida, o 8085. Esse modelo serviu de base para os primeiros microcomputadores pessoais de 1970.

Em 1981, a IBM entrou no mercado de computadores pessoais, com o IBM-PC, utilizando microprocessadores de 16 bits, o 8088. A Apple, com o Macintosh fazia uso de processadores da Motorola, os 68000, com 32 bits. Como a Intel se difundiu, lançaram os processadores da família 80X86, em seguida os processadores Pentium e ainda temos os processadores Dual Core. A AMD, como concorrente direta da Intel, iniciou os microprocessadores da linha x86 e, posteriormente, passou a focar em seus próprios microprocessadores: K6, Athlon, Duron, Turion, Sempron, entre outros. Fora da disputa entre Intel e AMD, a IBM comercializava a linha PowerPC, que era usada principalmente pela Apple.

A CPU (do inglês Central Process Unit) é a unidade central de processamento do computador, muito conhecida como cérebro do computador justamente por todos os cálculos e trocas de dados que acontecem nela. É um conjunto de peças responsável pelo funcionamento do computador, sendo composta pela unidade de aritmética e lógica, unidade de controle e registradores. Sua função é basicamente executar programas armazenados na memória buscando as instruções, examinando-as e executando-as uma após a outra. Os componentes da CPU são:

Unidade de controle: responsável por buscar instruções na memória determinando seu tipo;

Unidade lógica e aritmética (ULA ou ALU): circuito digital que executa operações lógicas e aritméticas;

Registradores: pequenas memórias para armazenamento temporário, controlando informações.

Tais componentes