Qual a parte do computador que executa cálculos matemáticos?

Dando continuidade à nossa série Hardware para Iniciantes, que começamos ontem, hoje iremos falar um pouco mais sobre os processadores. Os grandes responsáveis pelas inúmeras tarefas que nossos PCs desempenham. Vamos lá!

Introdução

Processadores. Eles nada mais são do que uma bolachona de sílicio cercado de cobre e alguns outros materiais que fazem dele uma das coisas mais brilhantes já inventadas pelo homem. O silício, se você prestou atenção nas aulas de química, é um semimetal com uma característica bem peculiar: ele pode ou não conduzir eletricidade dependendo do seu estado. É aqui que a mágica do processador acontece, é aqui que os binários surgiram como uma solução genial para a informática.

O processador tem uma função muito simples se olharmos superficialmente: processar (duh!) instruções, cálculos matemáticos, operações lógicas, etc. Tudo isso usando o sistema binário, onde o “0” significa isolação elétrica e o “1” condução elétrica. Não sei se você já parou para pensar sobre como acontece o processamento de dados num processador. O sistema binário só contém dois valores: 0 e 1. Claro, você não verá um bando de “zeros” e “uns” passeando pela sua placa-mãe ao abrir o gabinete. A coisa é bem menos divertida. O seu processador entende determinadas tensões elétricas, que dependendo de sua intensidade, ele lê como um bit 0 ou um bit 1.

Com isso o computador pode receber (por exemplo) um número, transformar em binário, processar e enviar uma saída ao usuário em decimal. Note porém que o processo de transformar em decimal para binário e de binário para decimal é apenas para fins didáticos, já que o processador trabalha a todo tempo com binários. Essa transformação é apenas figurada ao apertar, por exemplo, o número “1” no teclado, essa tecla já está associada ao número binário ao qual pertence, numa lista que contém todos os caracteres: a tabela ASCII.

Essa é a lista de codificação padrão usada para que haja uma comunicação entre o usuário e o computador. Encare-a como um grande dicionário que contém todos os caracteres do teclado em binário para que quando o usuário digitar uma tecla, o processador entenda qual tecla foi digitada.

E como são feitos esses processadores?

Nesse vídeo feito pela Intel temos uma pequena desmonstração de como são feitos esses chips incríveis:

1. A areia é derretida e muito purificada para que haja apenas silício na forma. A pureza varia em torno de 99,9998% pois um átomo no meio de alguns milhões de outros de silício pode comprometer o funcionamento do processador por completo.
2. O tubo de silício maciço é fatiado em pedaços muito fininhos (cerca de 1mm) e depois limpos e polidos igual a sua mãe limpando a estante da sala de forma paranoica porque o seu gato resolveu que ia dormir nela
3. Como essas bolachas são (em teoria) puras, qualquer pó pode ser fatal ao funcionamento do aparelho, eles vão para uma sala centenas de vezes mais limpa que uma sala de cirurgia para receberem de uma máquina um tratamento de luz  onde uma máquina fotossensível  vai “imprimir” a arquitetura do processador na bolacha de silício.
4. Essas estruturas recebem novamente um banho e são ionizadas e depois aquecidas em altas temperaturas para fixar seus átomos.
5. Cobre é adicionado entre os semicondutores (chamados de transístores).
6. A bolacha é picotada em pedacinhos retangulares e enfim colocados em uma base metálica ja com os pinos onde o processador é encaixado na placa-mãe: essa peça é chamada de socket, e funciona como porta de comunicação entre o processador e placa-mãe
7. Depois é só colocar numa caixinha e… voalà.Temos um processador prontinho para uso (isso é claro depois dele ser limpo e testado novamente.
   
   Estou pronto!

Entendendo alguns conceitos

• Clock: O processador possui um ciclo de “N” instruções por “X” tempo. Chamamos isso de “clock” ou “velocidade” do processador. Ela é medida em Hertz, uma unidade da física para frequências. Dentro do processador temos um cristal ressoando uma determinada frequência, cada ressoada desse cristal é um “clock“. Em termos básicos, cada ressoada do cristal é um ciclo de informações que entrou ou saiu do processador. Nossos processadores trabalham em frequências que chegam a uma média de 2Ghz, ou seja “dois giga hertz“. Quanto maior o clock, mais vezes o cristal ressoa, mais informação é processada, mais rápido é o processador. Confuso ainda? Veja esse gif do wikipedia e eu tenho certeza que você vai ter um efeito Eureka.
• Memórias L-Cache: são super memórias de acesso veloz que existem dentro do processador.  Mas você deve estar pensando: e a memória RAM? Bem, como eu disse, as memórias cache são ficam localizadas no interior do processador. Elas são extremamente rápidas! O problema delas é que são muito grandes para serem usadas em grande quantidade. Outro fator que impede seu uso no lugar da memória RAM, é preço. Logo elas são absurdamente caras. Assim, são usadas em menor quantidade. Um processador comum tem cerca de apenas 3MB de cache. Pouco? Não, é questão de conveniência e viabilidade. Fazer memórias cache com tamanhos astronômicos (?) como de um pente de memória RAM é inviável pois aumentariam o preço e o tamanho do processador. Foi pensando nisso que a memória RAM foi criada, para que as instruções só entrem no processador quando realmente foram necessárias. Isso faz da memória RAM uma sala de espera? Sim. Mas não vamos falar delas por agora. Trataremos disso mais na frente.
• Sockets: O que são sockets? Falando à grosso modo, eles são o encaixe do seu processador na placa-mãe. É através dele que as informações vão ser trocadas entre os componentes do processador, como uma espécie de porta de entrada com um formato muito específico. Bem, dependendo da marca e modelo do seu processador, o tipo de socket muda. Se ele é um AMD mais moderno, é provável que seja um Socket AM3 ou AMD3+. Se for Intel, é provavel que seja um LGA1155 ou LGA2011.
• Núcleos(cores): São os cérebros do processador. Antigamente, os processadores possuíam apenas um núcleo (core). Com o avanço nas técnicas de fabricação, foi possível inserir mais de um núcleo em cada encapsulamento. Cada núcleo é responsável por um processamento diferente. Em teoria, quanto mais núcleos o seu processador tiver, mais processos podem ser processados (duh²) simultaneamente. É comum vermos usuários gastarem uma pequena fortuna comprando uma CPU quad-core, ou seja, com 4 núcleos, achando que agora terão um supercomputador. Porém, somente alguns programas são escritos para utilizarem todo esse poder. Há, ainda, a tecnologia HyperThread, que simula um núcleo virtual por núcleo físico. Assim, o sistema operacional é enganado achando que o processador tem mais núcleos do que ele realmente tem.
• ULA: Unidade Lógica Aritmética. É onde os cálculos matemáticos são feitos  e as decisões lógicas são processadas.
• Registradores: Os registradores são pequenas memórias super velozes que registram (duh³) comandos ou instruções para serem usadas posteriormente durante o processamento.

Processador 32-bits e 64-bits, qual a diferença?

Entramos num assunto bem complexo do nosso guia. Em geral, os processadores de 32-bits tem um endereçador de memória com 32 bits, ou seja, só cabem 32 números binários, que dá mais ou menos uns 3.7GB de memória RAM que o endereçador pode ver e “enxergar” num computador comum. Significa que um processador 32 bits vai reconhecer e usar mais que 4GB de memória RAM? Não. Ainda esta confuso? Calma que nós vamos usar uma analogia mais simples então.

Imagine que numa rua existam casas numeradas. Cada uma dessas casas são numeradas com números de no máximo 32 dígitos. O que acontece quando chega na casa 99 999 999 999 999 999 999 999 999 999 999? Nada. A casa simplesmente é dada como inexistente nessa rua. Ora, e se passarem a usar 64 números ao invés de 32? Não vai haver muito mais numero de casas disponíveis? Pois bem, quanto mais bits no endereçador de memória, mais memória o processador vai reconhecer e usar, com isso temos um uso muito mais eficiente de memória e processadores mais rápidos.  Muito bonito na teoria, se não fosse por um detalhe: Programas escritos em 32 bits não rodam em processadores de 64 bits devido a arquitetura ser diferente. A estrutura é diferente. A Intel sabe bem como isso doeu quando lançou seus primeiros processadores 64-bits (IA64) e falhou miseravelmente pois na época isso era novo e ninguém tinha tempo nem viabilidade para reestruturar programas inteiros em  uma arquitetura nova porque a Intel queria. Foi ai que a AMD veio com uma sacada genial ao lançar a arquitetura AMD64: usar a arquitetura 64-bits e mais um componente no processador que rode em 32-bits também. Ora, assim os novos aplicativos 64-bits funcionam juntamente com os de 32 bits. É claro que manter duas arquiteturas em um processador só soa como uma gambiarra que provavelmente devora algum desempenho aqui ou ali, mas por enquanto é uma solução muito boa e usada até nos processadores da Intel sob o nome de Intel64.

AMD x Intel

Tony Stark vs. Bruce Wayne; nVidia vs. ATi (hoje AMD); Apple vs. Microsoft; Linux vs Windows; Corinthians vs. Palmeiras (sem flamewar de futebol nos comentário, por favor). As eternas brigas do universo. No mundo dos processadores temos Intel vs. AMD, ou AMD vs. Intel. Nesse disputa, não existem vencedores definitivos: a Intel lança um processador bom, depois a AMD lança outro melhor, então a Intel lança outro… e a AMD outro… e vamos até o infinito e além :P

Mas de que lado você deve ficar? Pois bem, cada uma das fabricantes tem suas peculiaridades e perfil de cliente:

• Intel: Fabrica processadores de altíssimo desempenho e tecnologia de ponta, consomem mais recursos e são financeiramente mais caros que os da concorrente. Tem a fama de trocar mais de soquete do que você troca de meia. Seus processadores atuais se dividem em três famílias: o i3 (notebooks e atividades de baixo desempenho), i5 (atividades mais pesadas, recomendados para desktops) e i7(atividades mais extremas que requerem desempenho superior, recomendados para entusiastas endinheirados :P).
• AMD: Fabrica processadores focando no custo-benefício. Com um desempenho decente, entrega processadores baratos (um Phenom II X6 custa menos da metade de que seu concorrente) e econômicos, mas que levam uma surra da concorrência quando são levados a atividades extremas. Troca de soquete somente quando necessário. Seus processadores estão passando por uma fase de migração, onde os Phenom II estão dando lugar a série FX (a série com processadores médio e alto desempenho da AMD) e o Athlon II esta sendo substituido pelas APU’s AMD Fusion(Processadores que vêm com processadores gráficos embutidos no mesmo chip que focam na economia de recursos do desktop ou notebook ou Netbook).

Desta forma, no final das contas, quem escolhe qual o melhor processador é você. Aquele que atende melhor as suas necessidade e cabe no seu bolso. Vale ressaltar, que você não deve comparar processadores de famílias diferentes e muito menos de fabricantes diferentes, já que tanto Intel como AMD usam arquiteturas totalmente diferentes uma da outra. Para se decidir por um ou outro modelo de CPU, pesquise na internet, leia reviews e pese os prós e contras.

Bom, este foi o nosso capítulo dedicado aos processadores. Espero que agora você tenha entendido melhor o funcionamento e o objetivo dele em nosso computador. Ele é tido como o componente mais importante do seu PC, já que faz a função de cérebro da máquina. Por executar zilhões de cálculos e operações por minuto, ele é um dos componentes que mais esquentam. Assim, arrumar um jeito de resfriá-lo também é de fundamental importância. No próximo tópico dessa série, falaremos sobre os Coolers, que são os carinhas responsáveis por deixar a CPU na temperatura mais baixa possível.

Capítulos anteriores:

• Introdução

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