Os Microprocessadores

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Introdução aos

Microprocessadores        

1. Introdução

Um microprocessador (µP), ou simplesmente processador, é uma das principais inovações tecnológicas da eletrônica desde a aparição do transistor em 1948. Esse dispositivo não somente se estabeleceu no processo revolucionário da eletrônica digital, mas também está presente em quase todas as esferas da vida humana. As aplicações dos microprocessadores vão desde controladores de processos industriais, smartphones, calculadoras de bolso, máquinas fotográficas, wearables, equipamentos médico-hospitalares, satélites, radares, robôs, instrumentos de medição, aeronaves, veículos automotores, equipamentos de áudio e vídeo, eletrodomésticos, equipamentos de supervisão, videogames a até brinquedos. É, portanto, imperativo para todo engenheiro, especialmente o engenheiro de computação, conhecer as potencialidades dos microprocessadores.

Todo projetista, ou analista de produtos eletrônicos digitais, precisa conhecer as peculiaridades do mundo

dos microprocessadores. Mesmo que ele não tenha planos imediatos de usar um microprocessador, ele deve ter conhecimento do assunto para poder planejar, de maneira inteligente, seus futuros projetos e fazer julgamentos adequados de engenharia.

Nesse capítulo são apresentados os conceitos fundamentais do mundo dos microprocessadores, o que ele pode fazer, como se aplica em um sistema computacional, além de obter uma ideia geral da arquitetura interna desse importante dispositivo eletrônico.

Um microprocessador é um dispositivo multifuncional programável, sendo uma das unidades estruturais de um sistema computacional. Ele busca por instruções armazenadas em uma memória, decodifica e executa essas instruções que operam sobre dados digitais, também armazenados na memória. Ele executa, essencialmente, operações lógicas e aritméticas e controla a temporização e a operação geral de um sistema computacional . Também recebe dados de dispositivos de entrada e envia os resultados do processamento para dispositivos de saída, sendo, portanto, capaz de se comunicar com o ambiente externo. Por tudo isso, um microprocessador também é chamado de Unidade Central de Processamento (CPU – Central Processing Unit).

Atualmente, no mercado existe uma variedade muito grande de processadores para diferentes finalidades

e com capacidades computacionais distintas. Neste mercado, são encontrados desde processadores de uso geral, como os mostrados na Figura 1, utilizados em desktops domésticos, até processadores de uso específico, como aqueles voltados para aplicações profissionais em grandes mainframes, processadores digitais de sinais analógicos (DSP – Digital Signal Processors), processadores de vídeo (GPU – Graphic Processor Unit), entre outros.

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Figura 1 – Processadores comerciais de uso geral Intel core I7 e AMD RYZEN.

Podemos fazer uma analogia da função de um processador em um sistema computacional com o cérebro humano, pois todas as decisões são tomadas pela CPU, conforme suas instruções programadas e armazenadas na memória. Todas as outras partes de um sistema computacional também são controladas por esta unidade. Assim, diz-se que o processador é o cérebro do sistema computacional.

Um microprocessador é conectado à memória, onde se encontram armazenados os dados a serem processados e as instruções (programa), e aos dispositivos de entrada e saída (dispositivos de I/O – Input/Output) para formar o que convencionalmente chamamos de microcomputador, como mostrado na Figura 2.

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Figura 2 – Arquitetura de um microcomputador.

A conexão do processador com a memória e com os dispositivos de entrada e saída é feita mediante o uso de conjuntos de linhas (fios) que carregam informações e características similares. A esses conjuntos de linhas damos o nome de barramento (Bus).

Um microprocessador é caracterizado pelo “tamanho da palavra”, que define a sua arquitetura. O termo "tamanho da palavra" significa a quantidade máxima de bits de dados que são processados simultaneamente pelo microprocessador, o que também especifica a largura do barramento de dados. Por exemplo, um processador pode ter tamanho de palavra de 4 bits, 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc. Dessa forma, um microprocessador de 8 bits executa várias operações em dados de 8 bits. Atualmente, os processadores utilizados em desktops domésticos e smartphones utilizam, majoritariamente, uma arquitetura de 64 bits. Falaremos mais sobre isso adiante.

Os dispositivos de entrada são usados para fornecer dados à CPU. Exemplos desses dispositivos são teclado, mouse, botões, conversor analógico-digital, scanner, leitor de cartões, etc. Os dispositivos de saída são usados para fornecer os resultados do processamento ao mundo exterior. Exemplos são diodos emissores de luz (LEDs), displays e monitores em geral, conversor digital-analógico, impressora, plotter, etc. Os dispositivos de entrada e saída também são comumente chamados de periféricos, pois estão logicamente conectados no entorno da CPU.

1. Histórico da evolução dos microprocessadores

Os microprocessadores tornaram possível o advento do microcomputador em meados da década de 1970. Inicialmente, as CPUs eletrônicas eram tipicamente construídas com dispositivos discretos de comutação lenta, barulhentos e volumosos, como os relés eletromecânicos. Posteriormente, os relés foram gradativamente sendo substituídos pelas válvulas eletrônicas, que eram muito mais rápidas que os relés, não faziam barulho, mas, ainda assim, consumiam uma grande quantidade de energia. É dessa época o desenvolvimento do ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), o primeiro computador digital eletrônico de grande escala, usado pelo exército norte-americano para calcular trajetórias táticas que exigiam conhecimento substancial em matemática com maior agilidade, mas que só se tornou operacional após o final da segunda guerra mundial.