O que é uma CPU e o que faz?

O que é uma CPU? A CPU ou Unidade central de processamentoé o cérebro de um número de um computador. Tudo o que um computador faz, desde jogar videogame até ajudá -lo a escrever um ensaio, é dividido em um conjunto de instruções matemáticas. A CPU pega essas instruções e as executa. 

Os detalhes de como isso é, é claro, muito mais complicado do que essa explicação simples. A coisa mais importante que você precisa saber é que a CPU é o principal motor matemático de um computador.

No final da década de 1950, Robert Noyce e Jack Kilby deram um grande passo adiante e criaram o primeiro trabalho circuito integrado. Um circuito integrado é um conjunto de circuitos eletrônicos integrados a uma única peça de material semicondutor. Na maioria dos casos, esse material é silício. É isso que as pessoas querem dizer quando dizem "microchip".

Uma CPU consiste em um ou mais microchips. Esta é uma invenção importante porque bilhões de transistores podem ser embalados em uma única CPU. Isso cria motores matemáticos incrivelmente poderosos.

Usando as invenções de portões lógicos, transistores e circuitos integrados, o mundo inteiro foi alterado. Microchips estão em tudo hoje em dia, não apenas no seu computador. E as CPUs são os microchips de uso geral mais avançado que podemos fazer.

Como funcionam as CPUs?

Todo o princípio de uma CPU é baseado em Código binário. Os seres humanos tendem a representar números usando um sistema chamado base 10 ou o sistema decimal. Os valores do local de cada dígito em um número aumentam por um fator de dez. Então "111" contém cento, dez e um.

Computadores e suas CPUs não conseguem entender a base 10. Os transistores trabalham com o princípio de estar dentro ou fora. O que significa que os portões lógicos que você constrói deles também podem funcionar apenas com esses dois estados. É por isso que, fundamentalmente, as CPUs são executadas em Código binário. Este sistema numérico tem diferentes valores de lugar. Em vez disso, se 1, 10, 100, 1000 e assim por diante, os valores do local são 1,2,4,8,16,32,64,128 e assim por diante.

Portanto, no binário “111” seria 7 em números decimais, pois você adiciona 1,2 e 4 juntos. Se algum dos números for um zero, você simplesmente pula -o e adiciona o valor de local do próximo 1. Dessa forma, você pode expressar qualquer valor decimal. Basta observar que os números binários são frequentemente lidos da direita para a esquerda, então o valor do local "1" seria na extrema direita.

Vamos colocá -lo em uma mesa para deixá -lo claro:

Você pode ver por que isso contribui para o número 7 em decimal? Vamos fazer o número 23:

Portanto, 111 é "7", mas "11101" é 23 porque o quinto lugar em binário é 16. Muito legal, certo? Você pode expressar qualquer número possível que possa ser escrito em decimal dessa maneira. O que significa que os computadores construídos a partir de transistores também podem trabalhar com qualquer número.

Como as CPUs são feitas?

O processo de produção das CPUs modernas também é, como seria de esperar, bastante complexo. O processo básico envolve o cultivo de grandes cilindros de cristal de silício. Suas propriedades semicondutores o tornam ideal para a construção de um circuito integrado binário.

Esses grandes cristais são cortados em bolachas finas. As bolachas são então "dopadas" com outro produto químico para ajustar suas propriedades. O circuito de nano-escala é então gravado na superfície da wafer usando luz usando um processo conhecido como fotolitografia.

Design e desempenho da CPU

CPUs nem todas são feitas iguais. O primeiro ancestral adequado da CPU moderna, o Intel 8086, teve cerca de 29.000 transistores em seu circuito integrado. Hoje, um processador como o Intel i99900k tem pouco mais de 1.7 bilhão transistores. Quanto mais denso os circuitos lógicos de uma CPU, mais complexo e maior o número de instruções que ele pode executar por ciclo de relógio.

Espere, “Ciclo de relógio”? Sim, esse é o outro componente importante do desempenho da CPU. Uma CPU é executada em uma frequência específica, com cada pulso do relógio da CPU Um ciclo de cálculos é feito. Se você tomar a mesma CPU e dobrar a velocidade do relógio, então (em teoria), ele deve ter um desempenho duas vezes mais rápido.

Aquele Intel 8086 de 1978 correu a 5MHz quando foi lançado. São cinco milhões de ciclos de relógio por segundo. O Intel I9-9900K? Isto inicia às 3.6 GHz.Aquela 3600 MHz, com a opção de aumentar as coisas de até 5000 MHz quando possível.

Para adicionar mais uma ruga ao desempenho da CPU, as CPUs modernas contêm vários "núcleos". Cada núcleo é na verdade uma CPU independente. É típico ter pelo menos quatro desses núcleos atualmente, mas ultimamente a norma tem sido para os computadores convencionais terem seis ou oito núcleos. Computadores profissionais de ponta podem ter na região de 100 núcleos de CPU.

Ter vários núcleos significa que a CPU pode executar vários conjuntos de instruções em paralelo. O que significa que nossos computadores podem fazer muitas coisas de uma só vez sem problemas. Algumas CPUs têm núcleos "multithread". Esses núcleos podem lidar com duas tarefas separadas cada. Em Intel CPUs, isso é marcado como "hiperthreading".

Portanto, o desempenho total de uma CPU se resume a uma combinação de:

• É a contagem total de transistores e quão avançados são o design de seus circuitos lógicos
• A frequência do relógio
• O número de núcleos
• O número de threads

É claro que há mais do que esses quatro pontos principais. No entanto, essas são as quatro principais considerações para fazer uma CPU ter um bom desempenho.

O papel da CPU em seu computador

A última coisa que temos a cobrir é qual trabalho a CPU toca em seu computador. Afinal, não é o único microchip de circuito integrado em seu computador. Por exemplo, as GPUs (unidades de processamento de gráficos) geralmente são ainda mais densas de transistor do que uma CPU.

Eles precisam de seu próprio refrigeração e fonte de alimentação, bem como memória. É como um pequeno computador extra! O mesmo pode ser dito para os chips que controlam seu som, USB e tráfego do disco rígido. Então, por que a CPU é especial? Estes são os principais motivos:

• Ele pode processar qualquer instrução, uma GPU só faz certos tipos de processamento
• Ele une todos os outros componentes, empurrando e puxando dados para fazer seu computador funcionar
• A CPU está envolvida com todo o trabalho que o computador é solicitado a fazer em certa medida

Em resumo, a CPU é o componente de desempenho de uso geral mais importante em seu computador. Não tome isso como certo!