Conceitos de microprocessador

Microprocessoré o cérebro do computador, que faz todo o trabalho. É um processador de computador que incorpora todas as funções de CPU (Unidade Central de Processamento) em um único IC (Circuito Integrado) ou no máximo alguns ICs. Os microprocessadores foram introduzidos pela primeira vez no início dos anos 1970. 4004 foi o primeiro microprocessador de uso geral usado pela Intel na construção de computadores pessoais. A chegada de microprocessadores de uso geral de baixo custo foi fundamental para o desenvolvimento da sociedade moderna.

Estudaremos as características e componentes de um microprocessador em detalhes.

Características dos microprocessadores

Microprocessadores são dispositivos polivalentes que podem ser projetados para funções genéricas ou especializadas. Os microprocessadores de laptops e smartphones são de uso geral, enquanto aqueles projetados para processamento gráfico ou visão de máquina são especializados. Existem algumas características que são comuns a todos os microprocessadores.

Estas são as características definidoras mais importantes de um microprocessador -

  • Velocidade do relógio
  • Conjunto de instruções
  • Tamanho da palavra

Velocidade do relógio

Cada microprocessador tem um internal clockque regula a velocidade com que executa as instruções e também as sincroniza com outros componentes. A velocidade na qual o microprocessador executa as instruções é chamadaclock speed. As velocidades do clock são medidas em MHz ou GHz, onde 1 MHz significa 1 milhão de ciclos por segundo, enquanto 1 GHz é igual a 1 bilhão de ciclos por segundo. Aqui, ciclo se refere a um único ciclo de sinal elétrico.

Atualmente os microprocessadores têm velocidade de clock na faixa de 3 GHz, que é o máximo que a tecnologia atual pode atingir. Velocidades superiores a essa geram calor suficiente para danificar o próprio chip. Para superar isso, os fabricantes estão usando vários processadores trabalhando em paralelo em um chip.

Tamanho da Palavra

O número de bits que podem ser processados ​​por um processador em uma única instrução é chamado de word size. O tamanho da palavra determina a quantidade de RAM que pode ser acessada de uma vez e o número total de pinos no microprocessador. O número total de pinos de entrada e saída, por sua vez, determina a arquitetura do microprocessador.

O primeiro microprocessador comercial Intel 4004 era um processador de 4 bits. Ele tinha 4 pinos de entrada e 4 pinos de saída. O número de pinos de saída é sempre igual ao número de pinos de entrada. Atualmente, a maioria dos microprocessadores usa arquitetura de 32 ou 64 bits.

Conjunto de instruções

Um comando dado a uma máquina digital para realizar uma operação em um dado é chamado de instruction. O conjunto básico de instruções de nível de máquina que um microprocessador foi projetado para executar é chamado deinstruction set. Estas instruções realizam esses tipos de operações -

  • Transferência de dados
  • Operaçoes aritimeticas
  • Operações lógicas
  • Controle de fluxo
  • Entrada / saída e controle da máquina

Componentes do microprocessador

Em comparação com os primeiros microprocessadores, os processadores de hoje são muito pequenos, mas ainda têm essas peças básicas desde o primeiro modelo -

  • CPU
  • Bus
  • Memory

CPU

A CPU é fabricada como um circuito integrado de grande escala (VLSI) e tem essas peças -

  • Instruction register - Contém a instrução a ser executada.

  • Decoder - Decodifica (converte para linguagem de nível de máquina) a instrução e a envia para a ALU (Unidade Lógica Aritmética).

  • ALU - Possui circuitos necessários para realizar operações aritméticas, lógicas, de memória, registro e sequenciamento de programas.

  • Register- Contém resultados intermediários obtidos durante o processamento do programa. Os registros são usados ​​para armazenar tais resultados em vez da RAM, porque acessar os registros é quase 10 vezes mais rápido do que acessar a RAM.

Ônibus

As linhas de conexão usadas para conectar as partes internas do chip do microprocessador são chamadas de barramento. Existem três tipos de barramentos em um microprocessador -

  • Data Bus- As linhas que transportam dados de e para a memória são chamadas de barramento de dados. É um barramento bidirecional com largura igual ao comprimento da palavra do microprocessador.

  • Address Bus - É um responsável unidirecional por carregar o endereço de um local de memória ou porta de E / S da CPU para a memória ou porta de E / S.

  • Control Bus - Linhas que transportam sinais de controle como clock signals, interrupt signal ou ready signalsão chamados de barramento de controle. Eles são bidirecionais. O sinal que denota que um dispositivo está pronto para processamento é chamadoready signal. O sinal que indica a um dispositivo interromper seu processo é chamado deinterrupt signal.

Memória

O microprocessador tem dois tipos de memória

  • RAM- A memória de acesso aleatório é uma memória volátil que é apagada quando a alimentação é desligada. Todos os dados e instruções são armazenados na RAM.

  • ROM- A memória somente leitura é uma memória não volátil cujos dados permanecem intactos mesmo depois que a alimentação é desligada. O microprocessador pode ler a qualquer momento que quiser, mas não pode escrever nele. Ele é pré-programado com a maioria dos dados essenciais, como a sequência de inicialização, pelo fabricante.