Todo computador, sem exceção, grande ou pequeno,possui pelo menos um processador. Existem centenas de processadores, cada um projetado para diferentes tarefas, e todos tem vantagens e desvantagens. Apesar da grande variedade de processadores, todos trabalham do mesmo jeito. Veremos tudo sobre processadores, como funcionam, a história de alguns processadores que são considerados os percursores dos processadores que temos hoje.

Como Funciona

Baseado no conjunto de instruções que um processador passa para o software, existem 3 coisas que ele pode fazer:

- Executar cálculos e operações lógicas,algebricas e matemáticas
- Tomar decisões
- Executar novas instruções baseadas no veredicto da decisão

Essas três coisas fazem com que a memória se movam de uma localização para outra.
O processador olha para a RAM (Random Access Memory) e a ROM (Read Only Memory) para seguir instruções. Porém, quando o computador dá o boot, ele usa apenas a ROM (a BIOS). Computadores precisam da RAM e da ROM para funcionar corretamente. Como dados não podem ser escritos na ROM, a RAM é necessária para escrever informação. Mas no entanto, os dados na RAM são perdidos quando não se tem energia, então a ROM que guarda os dados quando o computador está desligado.
Existem muitas linguagens de programação, as mais conhecidas são C e Visual Basic. Toda vez que um programador quer executar um programa que ele tenha criado, é necessário que ele compile o programa. A ação de compilar um programa é fazer com que o processador possa entender. – Assembly.
Pegue esse simples programa em C como exemplo ( Não se preocupe em entender a programação):

0 a=1;
1 b=1;
2 while (a <= 5)
3 {
4 b = b * a;
5 a = a + 1;
6 }

No programa existe duas variáveis, A e B, A tem um valor inicial de 1 e o b também. O programa faz com que enquanto A é menor ou igual a 5, B irá multiplicar A e A ficara A+1. Esses detalhes não são importantes. O que é importante é o que acontece depois, como o compilador muda o código.

0 CONB 1 // a=1;
1 SAVEB 128
2 CONB 1 // b=1;
3 SAVEB 129
4 LOADA 128 // if a > 5 the jump to 17
5 CONB 5
6 COM
7 JG 17
8 LOADA 129 // b=b*a;
9 LOADB 128
10 MUL
11 SAVEC 129
12 LOADA 128 // a=a+1;
13 CONB 1
14 ADD
15 SAVEC 128
16 JUMP 4 // loop back to if
17 STOP

Perceba como está agora, tudo consiste em instruções simples como LOAD, SAVE, JUMP etc. e como ele cresceu de tamanho para 17 linhas. Quando a conversão de assembly para binário, o nosso programa em C cresce 31 linhas.
Todas as 31 linhas de nosso programa de 6 linhas agora podem ser enviadas para o processador. A velocidade que o processador pode entender o nosso programa e computador os resultados chama-se ciclo de clock, ou clock clycle e é medido pelos Megahertz ou Gigahertz. Em cada ciclo de clock, o processador é capaz de fazer uma ação. O mais complicado do programa é, quanto de ciclos de clock irá precisar. É por isso que um processador de 1.5 GHz é mais rápido que um de 1GHz, o de 1.5 é capaz de realizar mais ciclos de clock em menos tempo. O processador também tem uma função chamada bit size. O bit size diz para o processador quantos bytes (Ou bits) o processador pode ler da RAM ao mesmo tempo. Um processador de 32-bit é capaz de receber 4 bytes de cada vez. Um processador de 933MHz (933 milhões de ciclos de clock por segundo) 32-bit pode computar 29,856,000,000 bits por segundo ou 3,732,000,000 bytes por segundo.

Transistores nos processadores

Tipo do processador Transistores Velocidade de Clock MIPS
8088 29,000 5 MHz 0.33
80386 275,000 16 MHz 5
Pentium 3,100,000 60 MHz 100
Pentium 4 42,000,000 1.5 GHz 1,700

Nota: MIPS é quantos milhões de operações por segundo o processador é capaz de fazer.

O número de transistores em um processador afeta diretamente na velocidade e eficiência do mesmo. Com mais transistores, é possível fazer uma tecnologia que se chama pipelining. Enquanto apenas uma instrução pode ser processada por ciclo de clock, a tecnologia pipelining autoriza que algumas instruções podem estar em vários estágios do processo. Por exemplo, pode levar 4 ciclos de clock para alguma coisa ser processada. Durante esses 4 ciclos pode se ter 3 outras instruções que estão sendo processadas em diferentes estágios.

Primeiro Processador do Mundo

Em Novembro de 1971, uma companhia chamada Intel, publicou a introdução para o mundo do primeiro processador do mundo, o Intel 4004 (Patente Americana #3,821,715), inventado pelos engenheiros da Intel Federico Faggin, Ted Hoff e Stan Mazor. Após a invenção do circuito integrado que revolucionou o mundo dos computadores, a única coisa a fazer era diminuir no quesito tamanho. O chip Intel 4004 tinha tudo que um computador precisava para pensar em um pequeno chip. Programar uma inteligência artificial em objetos inanimados se tornou possível depois do lançamento desse revolucionário chip.
No final dos anos 60, muitos cientistas discutiram a possibilidade de um computador em um chip, mas muitos sentiram que a tecnologia de circuito integrado não estava tão avançada para se chegar a um chip como esse que parecia um sonho. Mas o funcionário da Intel Ted Hoff pensou diferente; ele foi o primeiro a reconhecer que a tecnologia MOS poderia fazer um chip CPU(Central Processing Unit).
Hoff e o time da Intel desenvolveu esse chip com apenas 2,300 transistores em uma área de apenas 3 x 4 milímetros. Com um CPU de 4-bit, registro de comando, decodificador, controle de decodificação, Controle de monitoramento de comandos de máquina e registro de intervalo, o 4004 foi uma grande invenção.

Os processadores de 64-bit ainda são baseados no 4004, e os processadores ainda continuam sendo o produto que é produzido em massa que tem mais de 5.5 milhões de transistores e executando milhões de cálculos por segundo, esses números irão ser obsoletos rapidamente com a evolução dos processadores.

Curiosidade: A nave espacial Pioneer 10 usou o processador 4004. Foi lançado em 2 de março de 1972 e foi a primeira nave espacial e processador a entrar no cinturão de asteróide.

Linha do Tempo dos Processadores

:: Primeira Geração de Processadores ::

- Intel 8086 (1978)
Esse chip não foi usado no primeiro PC, mas foi usado um pouco depois em computadores que não foram tão importantes. Era um processador de 16-bit e se comunicava com placas 16 de conexão de informação.

- Intel 8088 (1979)
Esse foi o primeiro chip usado no primeiro PC. Era um chip 16-bit, mas se comunicava via conexão 8-bit. Tinha 4Mhz e tinha apenas 1 MB de RAM.

- NEC V20 e V30 (1981)
Clones do 8088 e 8086. Supostamente eram 30% mais velozes que os originais da Intel.

:: Segunda Geração de Processadores ::

- Intel 80186
O 186 foi um chip muito popular. Muitas versões dele foram projetadas para os compradores poderem escolher entre CHMOS ou HMOS, 8-bit ou 16-bit, dependendo da necessidade do usuário. Um chip CHMOS poderia rodar o dobro de velocidade de clock do que um chip HMOS. Em 1990, a Intel lançou a versão melhorada da família 186. Eles compartilhavam 1-micron e rodavam a 25MHz em 3 volts.

- Intel 80286 (1982)
Um processador de 16-bit capaz de endereçar 16 MB de RAM. Esse chip é capaz de trabalhar com memória virtual. O 286 foi o primeiro processador “real”. Ele introduziu o conceito de modo protegido. Essa é a habilidade de multitarefa, ter diferentes programas rodando separadamente mas ao mesmo tempo. Essa habilidade não adiantou nada no sistema operacional DOS, mas mais tarde sistemas operacionais como Windows, conseguiram usar esse novo recurso. Esse chip foi usado pela IBM no Advanced Technology PC (AT). Rodava a 6 MHZ , mas mais tarde outras edições do chip rodavam a 20MHZ. Esses chips são considerados pesa-papéis, mas algumas pessoas ainda usam ele.

:: Terceira Geração de Processadores ::

- Intel 386 (1988)
Esse foi o chip que começou tudo que vemos hoje. Com esse chip, os Pc’s começaram a ser mais úteis que âncoras de barcos. O 386 o primeiro processador de 32-bit para Pc’s. Ele consegue se comunicar com 4 GB de memória real e 64 TB de memória virtual. Esse pequeno monstro podia ser usado com um co-processador matemático, chamado de 80387. E também poderia usar cachê de 16 bytes.

A versão reduzida do chip é o 386SX. Esse é o chip mais barato para se produzir. Se comunicava com placas via 16-bit. O 386 chegava de 12.5MHz até 33MHz. Os processadores 386 foram desenvolvidos para serem de fácil uso. Todos os chips da família 386 era compatíveis com o código binário com o seu antecessor 186, isso significa que o usuário não precisa adquirir um novo software para usá-lo. Além disso, o 386 oferecia um sistema de energia amigável como a baixa necessidade de voltagem e também System Management Mode (SMM) que é usado para economizar energia. Além de tudo, esse foi um grande passo para o desenvolvimento de processadores. Ele deixou muitos padrões que são usados até hoje.

:: Quarta Geração de Processadores ::

- Intel 486 (1991)
Essa foi a próxima geração de processadores. Ela trouxe o cérebro do 386 com o co processador matemático, com isso ele se tornava muito mais rápido. Esse processador já rodava a 120 MHz e ainda é usado nos dias de hoje.

O primeiro membro da família 486 foi o 486SX. Era um processador muito poderoso e muito avançado para seu tempo. Com esse avanço ele tinha muitas inovações. O 486SX vinha com o 176 Lead Thin Quad Flat Pack (TQFP).

O próximos membros da família foram os DX2s e os DX4s. A velocidades deles eram obtidas com o speed-multiplier technology, que habilitava o chip para operar em ciclos de clock melhor que a bus. Além disso eles também introduziram o conceito de RISC. Reduced Instruction Set Chips (RISC) faziam apenas algumas coisas, mas faziam muito rapidamente. Isso fez com que o chip fosse muito mais eficiente e deixasse os outros x86 para trás. O DX2 oferecia 8 KB de gravar na cachê e o DX4 oferecia 16 KB. Essa cachê ajudava o chip a manter um ciclo de clock por instrução de operação pelo uso do RISC.

Também teve as versões SX e DX. As duas eram completamente 32-bit, mas a SX não tinha o co-processador matemático. Contudo, a versão SX é brutalmente duas vezes mais rápida que um 386.

:: Quinta Geração de Processadores ::

Família Pentium (1993)
A Intel trouxe o PC para um nível de 64-bit com o processador Pentium em 1993. O processador tinha 3.3 milhões de transistores e executava 100 milhões de instruções por secundo (MIPS=Million Instructions per Second)

A família Pentium incluía as velocidades de clock de 75/90/100/120/133/150/166/200. É compatível com todos os Sistemas operacionais antigos, incluindo o DOS, Windows 3.1, Unix e OS/2. É um processador super escalado e pode executar duas instruções por ciclo de clock. A separação das cachês fez com que a performance crescesse muito, bem acima dos chips x86. Tem o SL power management e tem a habilidade de trabalhar em grupo com outro Pentium. O chip se comunica por uma placa bus 64-bit. Tem 273 pinos conectado na placa mãe. Esse chip é muito rápido mas também esquenta demais, então o uso de coolers começou a ser necessário. Um pouco depois do primeiro lançamento a Intel lançou algumas versão dos chips que operavam a 3.3 volts, não como os usuais 5 volts. Isso reduziu significantemente o calor. Também lançado o Pentium MMX que tinha 70% a mais de velocidade que os outros.

Recentemente foi lançado o Pentium 4 e ele tem 42 milhões de transistores, velocidade de clock de 1.5GHz e 1700 MIPS.

:: Sexta Geração de Processadores ::

Tipos atuais de processadores

Nos dias de hoje existem dois tipos de processadores disponíveis no mercado para computadores novos, são fabricados por duas empresas diferentes. O Pentium 4 da Intel e o Athlon XP fabricado pela AMD. Cada um desses dois processadores são de uma ótima qualidade e confiabilidade. Algumas pessoas tem medo de processadores da AMD porque a empresa não foi quem inventou o processador, mas o medo deles é apenas uma desorientação, porque a AMD é uma empresa muito competente e tem ótimos produtos como a Intel.

AMD Athlon XP

É um ótimo processador que está se tornando muito popular. É muito barato para a sua qualidade tão elevada. O único problema da dos Athlon XP é a quantidade de calor que ele gera. Quando for comprar um Athlon XP, é sempre recomendado comprar um cooler que seja aprovado pela AMD.

Intel Pentium 4

Outra grande opção de processador. O Pentium 4 tem a velocidade de clock maior que o Athlon XP mas é muito mais caro e a diferença entre os dois é quase que insignificante. Se você comprar um Pentium 4, verifique se a caixa e a fonte são compatíveis com o processador porque os Pentium precisam de muita energia.