Dispositivos de processamento: evolução, tipos, exemplos - Ciência - 2023

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o dispositivos de processamento computação são unidades que desempenham um papel importante nas operações de processo de um computador. Eles são usados para processar dados, seguindo as instruções de um programa.

O processamento é a função mais importante do computador, pois nesta fase é realizada a transformação dos dados em informações úteis, utilizando diversos dispositivos de processamento computacional.

A principal função dos dispositivos de processamento é ter a responsabilidade de obter informações eloqüentes dos dados que são transformados com a ajuda de vários desses dispositivos.

O processamento de áudio e vídeo consiste em limpar os dados de forma que sejam mais agradáveis ao ouvido e aos olhos, tornando-os mais realistas.

É por isso que você pode ver melhor com algumas placas de vídeo do que com outras, porque a placa de vídeo processa os dados para melhorar o realismo. O mesmo acontece com placas de som e qualidade de áudio.

Processador

Sempre que as informações chegam a um computador de um dispositivo de entrada, como o teclado, essas informações devem percorrer um caminho intermediário antes de poderem ser usadas para um dispositivo de saída, como o monitor.

Um dispositivo de processamento é qualquer dispositivo ou instrumento no computador responsável por gerenciar esse caminho intermediário. Eles operam funções, realizam cálculos diferentes e também controlam outros dispositivos de hardware.

Dispositivos de processamento convertem entre diferentes tipos de dados, bem como manipulam e realizam tarefas com os dados.

Normalmente, o termo CPU corresponde a um processador, e mais especificamente à sua unidade de cálculo e unidade de controle, distinguindo assim esses elementos dos componentes externos do computador, como a memória principal e os circuitos de entrada / saída.

O processador funciona em estreita coordenação com a memória principal e os dispositivos de armazenamento periféricos.

Pode haver outros sistemas e periféricos trabalhando para ajudar a coletar, armazenar e disseminar os dados, mas as tarefas de processamento são exclusivas do processador.

Evolução do primeiro ao presente

Estado inicial

Os primeiros computadores, como o ENIAC, tinham que ser fisicamente conectados cada vez que uma tarefa diferente era executada.

Em 1945, o matemático von Neumann distribuiu um esboço para um computador com programa armazenado, denominado EDVAC, que finalmente seria concluído em 1949.

Os primeiros dispositivos que poderiam ser corretamente chamados de CPUs vieram com a chegada deste computador com um programa armazenado.

Os programas criados para EDVAC eram armazenados na memória principal do computador, ao invés de terem que ser estabelecidos através da fiação do computador.

Portanto, o programa que o EDVAC estava executando pode ser trocado com uma simples mudança no conteúdo da memória.

As primeiras CPUs eram designs exclusivos usados em um computador específico. Posteriormente, este método de projetar CPUs individualmente para uma aplicação específica permitiu que processadores multitarefa fossem desenvolvidos em grande número.

Relés e tubos de vácuo

Eles eram comumente usados como dispositivos de comutação. Um computador precisava de milhares desses dispositivos. Computadores de tubo como o EDVAC travavam a cada oito horas, em média.

No final, as CPUs baseadas em tubo tornaram-se indispensáveis porque os benefícios da velocidade apreciável superaram o problema de confiabilidade.

Essas primeiras CPUs síncronas funcionavam a uma velocidade de clock baixa em comparação com os projetos microeletrônicos atuais, em grande parte devido à baixa velocidade dos elementos de chaveamento usados em sua fabricação.

Transistores

Durante as décadas de 1950 e 1960, as CPUs não precisavam mais ser construídas com base em dispositivos de chaveamento grandes, com falhas e frágeis, como relés e tubos a vácuo.

Como diferentes tecnologias tornaram possível fazer dispositivos eletrônicos menores e mais confiáveis, a complexidade no projeto da CPU também aumentou. A primeira melhoria desse tipo foi alcançada com o advento do transistor.

Com esse avanço, foi possível fazer CPUs de maior complexidade e que falhavam muito menos em uma ou mais placas de circuito. Os computadores baseados em transistores ofereceram uma série de melhorias em relação aos anteriores.

Além de oferecer menor consumo de energia e ser muito mais confiáveis, os transistores possibilitaram que os processadores trabalhassem mais rápido, graças ao baixíssimo tempo de chaveamento que um transistor tinha em comparação a uma válvula de vácuo.

Circuitos integrados

O transistor MOS foi inventado pela Bell Labs em 1959. Ele tem alta escalabilidade, além de usar muito menos eletricidade e ser muito mais condensado do que os transistores de junção bipolar. Isso tornou possível construir circuitos integrados de alta densidade.

Assim, um método foi desenvolvido para fabricar muitos transistores interconectados em uma área compacta. O circuito integrado permitiu que um grande número de transistores fossem fabricados em um único molde ou "chip" baseado em semicondutores.

A padronização começou na etapa dos macrocomputadores e minicomputadores transistores e se acelerou dramaticamente com a ampla difusão do circuito integrado, permitindo que CPUs cada vez mais complexas fossem projetadas e fabricadas.

Conforme a tecnologia microeletrônica progrediu, mais transistores poderiam ser colocados em circuitos integrados, reduzindo assim o número de circuitos integrados necessários para completar uma CPU.

Os circuitos integrados aumentaram o número de transistores para centenas e depois para milhares. Em 1968, o número de circuitos integrados necessários para construir uma CPU completa foi reduzido para 24, cada um contendo cerca de 1.000 transistores MOS.

Microprocessador

Antes do advento do microprocessador de hoje, os computadores usavam vários circuitos integrados cada vez menores que estavam espalhados pela placa de circuito.

A CPU, como é conhecida hoje, foi desenvolvida pela primeira vez em 1971 pela Intel, para funcionar na estrutura dos computadores pessoais.

Esse primeiro microprocessador foi o processador de 4 bits chamado Intel 4004. Posteriormente, ele foi substituído por designs mais recentes com arquiteturas de 8, 16, 32 e 64 bits.

O microprocessador é um chip de circuito integrado feito de material semicondutor de silício, com milhões de componentes elétricos em seu espaço.

Ele acabou se tornando o processador central para os computadores de quarta geração da década de 1980 e décadas posteriores.

Os microprocessadores modernos aparecem em dispositivos eletrônicos que vão desde carros a telefones celulares e até brinquedos.

Tipos

Anteriormente, os processadores de computador usavam números como sua identificação, ajudando assim a identificar os processadores mais rápidos. Por exemplo, o processador Intel 80386 (386) era mais rápido do que o processador 80286 (286).

Depois que o processador Intel Pentium entrou no mercado, que logicamente deveria se chamar 80586, os outros processadores passaram a ter nomes como Celeron e Athlon.

Atualmente, além dos vários nomes de processadores, existem diferentes capacidades, velocidades e arquiteturas (32 bits e 64 bits).

Dispositivos de processamento multi-core

Apesar das limitações crescentes no tamanho do chip, o desejo de produzir mais potência com os novos processadores continua a motivar os fabricantes.

Uma dessas inovações foi a introdução do processador multi-core, um único chip microprocessador capaz de ter um processador multi-core. Em 2005, a Intel e a AMD lançaram chips protótipos com designs de vários núcleos.

O Pentium D da Intel era um processador dual-core que foi comparado ao processador Athlon X2 dual-core da AMD, um chip projetado para servidores de ponta.

No entanto, este foi apenas o começo das tendências revolucionárias em chips de microprocessador. Nos anos seguintes, os processadores multicore evoluíram de chips dual-core, como o Intel Core 2 Duo, para chips de dez núcleos, como o Intel Xion E7-2850.

Em geral, os processadores multi-core oferecem mais do que o básico de um processador single-core e são capazes de multitarefa e multiprocessamento, mesmo em aplicativos individuais.

Dispositivos de processamento móvel

Enquanto os microprocessadores tradicionais em computadores pessoais e supercomputadores passaram por uma evolução monumental, a indústria de computação móvel está se expandindo rapidamente e enfrenta seus próprios desafios.

Os fabricantes de microprocessadores estão integrando todos os tipos de recursos para aprimorar a experiência individual.

O equilíbrio entre velocidade mais rápida e gerenciamento de calor continua sendo uma dor de cabeça, sem mencionar o impacto sobre as baterias móveis desses processadores mais rápidos.

Unidade de processamento gráfico (GPU)

O processador gráfico também produz cálculos matemáticos, só que desta vez, com preferência por imagens, vídeos e outros tipos de gráficos.

Essas tarefas eram gerenciadas anteriormente pelo microprocessador, mas à medida que os aplicativos CAD com uso intensivo de gráficos se tornaram comuns, surgiu a necessidade de um hardware de processamento dedicado capaz de lidar com essas tarefas sem afetar o desempenho geral do computador.

A GPU típica vem em três formas diferentes. Normalmente ele é conectado separadamente à placa-mãe. Ele é integrado com a CPU ou vem como um chip separado na placa-mãe. A GPU está disponível para desktops, laptops e também computadores móveis.

Intel e Nvidia são os chipsets gráficos líderes no mercado, sendo o último a escolha preferida para processamento gráfico primário.

Exemplos

- Unidade de processamento central (CPU)

Dispositivo de processamento mais importante no sistema de computador. Também é chamado de microprocessador.

É um chip interno do computador que processa todas as operações que recebe dos dispositivos e aplicativos executados no computador.

Intel 8080

Introduzido em 1974, tinha uma arquitetura de 8 bits, 6.000 transistores, velocidade de 2 MHz, acesso a 64 K de memória e 10 vezes o desempenho do 8008.

Intel 8086

Introduzido em 1978. Usava uma arquitetura de 16 bits. Ele tinha 29.000 transistores, funcionando em velocidades entre 5MHz a 10MHz. Ele pode acessar 1 megabyte de memória.

Intel 80286

Foi lançado em 1982. Ele tinha 134.000 transistores, operando em velocidades de clock de 4 MHz a 12MHz. Primeiro processador compatível com processadores anteriores.

Pentium

Introduzido pela Intel em 1993. Eles podem ser usados com velocidades de 60 MHz a 300 MHz. Quando foi lançado, tinha quase dois milhões de transistores a mais do que o processador 80486DX, com um barramento de dados de 64 bits.

Core Duo

O primeiro processador dual-core da Intel desenvolvido para computadores móveis, lançado em 2006. Também foi o primeiro processador Intel usado em computadores Apple.

Intel core i7

É uma série de CPUs cobrindo 8 gerações de chips Intel. Possui 4 ou 6 núcleos, com velocidades entre 2,6 e 3,7 GHz. Foi introduzido em 2008.

- Placa-mãe

Também designada placa-mãe. É a maior placa dentro do computador. Ele abriga a CPU, memória, barramentos e todos os outros elementos.

Ele aloca energia e fornece uma forma de comunicação para que todos os elementos de hardware se comuniquem uns com os outros.

- Lasca

Grupo de circuitos integrados que atuam juntos, mantendo e controlando todo o sistema computacional. Assim, ele gerencia o fluxo de dados em todo o sistema.

- Relógio

Ele é usado para acompanhar todos os cálculos do computador. Ele reforça que todos os circuitos do computador podem funcionar juntos simultaneamente.

- Slot de expansão

Soquete localizado na placa-mãe. É utilizado para conectar uma placa de expansão, proporcionando funções complementares a um computador, como vídeo, áudio, armazenamento, etc.

- Barramento de dados

Conjunto de cabos que a CPU usa para transmitir informações entre todos os elementos de um sistema de computador.

- Barramento de endereços

Conjunto de cabos condutores que carregam apenas endereços. As informações fluem do microprocessador para a memória ou para dispositivos de entrada / saída.

- Ônibus de controle

Ele carrega os sinais que informam o status dos diferentes dispositivos. Normalmente, o barramento de controle tem apenas um endereço.

- Placa de vídeo

Placa de expansão que vai para a placa-mãe de um computador. Trata do processamento de imagem e vídeo. Ele é usado para criar uma imagem em uma tela.

- Unidade de processamento gráfico (GPU)

Circuito eletrônico que se dedica ao gerenciamento de memória para agilizar a criação de imagens a serem transmitidas em um display.

A diferença entre uma GPU e uma placa de vídeo é semelhante à diferença entre uma CPU e uma placa-mãe.

- Placa de interface de rede (NIC)

Placa de expansão que serve para conectar a qualquer rede, ou mesmo a Internet, por meio de um cabo com conector RJ-45.

Essas placas podem se comunicar entre si por meio de um switch de rede ou se estiverem diretamente conectadas.

- Placa wireless

Quase todos os computadores modernos têm uma interface para conexão a uma rede sem fio (Wi-Fi), que é embutida na placa-mãe.

- Placa de som

Placa de expansão usada para reproduzir qualquer tipo de áudio em um computador, que pode ser ouvido em alto-falantes.

Incluído no computador, em um slot de expansão ou integrado na placa-mãe.

- Controlador de armazenamento em massa

Ele lida com o armazenamento e recuperação de dados que estão permanentemente armazenados em um disco rígido ou dispositivo semelhante. Ele tem sua própria CPU especializada para realizar essas operações.

Referências

Computer Hope (2018). Dispositivo de processamento. Retirado de: computerhope.com.
Am7s (2019). O que são dispositivos de processamento de computador? Retirado de: am7s.com.
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Margaret Rouse (2019). Processador (CPU). Techtarget. Retirado de: whatis.techtarget.com.