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O que é CPU?

Por| Editado por Jones Oliveira | 12 de Setembro de 2023 às 17h30

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Sergio Oliveira
Sergio Oliveira

CPU é a sigla para Central Process Unit, ou Unidade Central de Processamento. Ele é o principal item de hardware do computador, que também é conhecido como processador. A CPU é responsável por calcular e realizar tarefas determinadas pelo usuário e é considerado o cérebro do PC. Para explicar melhor sobre esse componente, o Canaltech conversou com Yuri Daglian, Sales Applications Engineer da Intel.

Uma CPU é feita de bilhões de transistores, que são pequenas peças microscópicas que controlam a corrente elétrica do componente. Existe uma teoria chamada de Lei de Moore que diz que a quantidade de transistores de uma CPU dobra a cada dois anos.

A CPU pode ter uma placa de vídeo integrada dentro do seu corpo para gerar e exibir imagens para o usuário. Por questões físicas de espaço, essas GPUs integradas não têm muito desempenho, mas ajudam. Nos computadores de mesa é possível trocar o processador, desde que seja compatível com a placa-mãe. Já nos notebooks, o processador é soldado na placa-mãe e não pode ser trocado.

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Nos computadores, duas empresas fabricam os principais processadores disponíveis: Intel e AMD. Cada uma possui pontos positivos e negativos, bem como tecnologias diferentes para cenários de uso distintos.

Há processadores que trabalham com arquiteturas de 32-bits e 64-bits, mas as versões de 32-bits praticamente não são mais vendidas, uma vez que os modelos de 64-bits permitem que o processador trabalhe com uma quantidade maior de dados por vez, além de suportar mais memória RAM.

Qual é a função da CPU?

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O processador é responsável por interpretar e executar funções para o computador funcionar corretamente. Diferente do que muitas pessoas pensam, uma máquina trabalha a partir da interpretação de números binários, ou seja, as CPUs compreendem apenas 0 ou 1 e calculam os dados para que, posteriormente, eles sejam exibidas na tela como informações.

De forma geral, essa peça serve para processar dados e transformá-los em uma informação. A segunda função, segundo Yuri Daglian, é centralizar o gerenciamento dos processos que acontecem no PC.

"Justamente por serem centrais, são responsáveis por ajudar a coordenar o funcionamento dos outros componentes do computador. Algumas partes da CPU controlam as outras peças para que o PC funcione em harmonia", comenta o especialista da Intel.

Como é dividida a CPU?

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É comum ver um processador como uma peça única. No entanto, a CPU possui divisões importantes que não são mencionadas ao comprar um modelo para o computador ou escolher um notebook. Nesta matéria serão abordadas três estruturas, mas tenha em mente que a CPU tem outras inúmeras partes.

Unidade de Controle (UC)

Como já foi explicado, uma das funções do processador é fazer com que os demais componentes de uma máquina trabalhem em harmonia. A Unidade de Controle (UC) comanda as ações no computador. Ela garante que os processos sejam executados corretamente, utilizando sinais de controle temporizados.

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"Sem a Unidade de Controle, o computador só conseguiria realizar um tipo de função. Ele não teria um uso geral. Então a UC é fundamental para fazer o computador ser multiuso, de uso geral, além de realmente fazer com que todos os componentes interajam entre si da melhor forma possível", ressalta Daglian.

ULA

A Unidade Lógica e Aritmética, conhecida como ULA, é o "pedaço" que realiza os cálculos matemáticos e as operações lógicas na CPU. Ao Canaltech, Yuri explicou ela pode ser entendida como uma espécie de calculadora para operações de adição e subtração.

Registradores

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Assim como a Unidade de Controle, os Registradores têm um nome bem sugestivo. Essa estrutura é uma área de armazenamento que recebe e guarda informações intermediárias específicas. É uma "memória de baixo nível" que armazena poucos dados, mas todos fundamentais para a CPU.

Não confundir Registradores com memória cache, pois ambos são diferentes e têm funções específicas, segundo Daglian.

O que são os núcleos da CPU?

Os núcleos são as estruturas mais conhecidas em uma CPU. Na definição do engenheiro da Intel ouvido pelo Canaltech, os núcleos são unidades de processamento capazes de executar instruções, ou seja, tarefas como jogos, softwares e outras aplicações.

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A quantidade de cores, como também são conhecidos, influencia na capacidade do processador em desempenhar atividades multitarefas. Quanto maior for o número de núcleos, maior é a capacidade do computador em lidar com vários programas abertos ao mesmo tempo. No entanto, a potência de um processador não é medida apenas pela quantidade dessas estruturas, já que outros fatores entram nessa conta.

Hoje, alguns processadores possuem uma arquitetura híbrida. Isso significa que há dois tipos de núcleos presentes na CPU: os de performance e os de eficiência. Os cores de performance são aqueles voltados para tarefas muito pesadas, como jogos, programas de edição e renderização, por exemplo. Já os cores de eficiência trabalham em processos mais simples, como os navegadores, planilhas, softwares mais leves, programas multimídia, etc.

O que são threads?

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Além dos núcleos, é normal ouvir falar que uma CPU tem várias threads. Threads são linhas de instruções que organizam processos para serem executados e finalizados pelos núcleos. De forma geral, quanto mais núcleos um processador tem, mais dessas linhas de instruções existem.

O que é memória cache da CPU e para que ela serve?

A memória cache é uma memória de alta velocidade que armazena dados frequentemente utilizados nas CPUs. O cache é dividido em três níveis: L1, L2 e L3. O L1 é o mais rápido e com menos espaço para armazenamento, já o nível L3 é um pouco mais lento e com mais espaço.

O cache é importante para a CPU. Ele atua como uma ponte entre o processador e a memória RAM. Isso facilita o envio e recebimento de instruções. Lá estão armazenados os dados mais buscados na RAM, economizando o tempo de comunicação dos componentes e aumentando a performance da CPU.

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O que são os ciclos de instrução da CPU?

Os ciclos de instrução são um processo no qual o processador executa as instruções e tarefas que acontecem no computador. Por ser um ciclo, esse é um processo que se repete a todo momento e pode ser definido como uma etapa de funcionamento básico das CPUs.

Esses ciclos são divididos em quatro etapas:

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  1. Busca (Fetch): a CPU busca e recebe as instruções através da memória RAM, que são copiadas para a memória cache;
  2. Decodificação (Decode): os dados então são decodificados, ou seja, interpretados para que os núcleos e outras unidades consigam entender essas instruções;
  3. Execução: é quando as instruções e os dados são realmente executados pelos núcleos;
  4. Escrita: etapa em que os resultados das instruções são armazenados de volta na memória RAM.

O que define a velocidade da CPU?

Além do número de núcleos, a velocidade da CPU, medida em Mhz ou Ghz, também afeta a rapidez dos programas. A velocidade descreve o número máximo de cálculos por segundo que o processador pode executar.

Essa frequência é comumente conhecida como "clock do processador" e está relacionada com a taxa que o processador executa os ciclos de instruções. Quanto maior é essa frequência, mais instruções são executadas pelo componente, e por conta disso relacionamos o clock com a velocidade da CPU.

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"A melhor forma de entender o que é o conceito de frequência é fazendo uma analogia, por exemplo, com navios da antiguidade que tinham os seus remadores e tambores. Quando acontecia a batida desse tambor, os remadores sabiam que eles tinham que remar todos em sincronia. E essa batida de tambor é o clock, é a frequência. Então toda vez que eu tenho um nível lógico alto dessa frequência, é um momento onde a CPU sabe que ela precisa executar um ciclo de instrução", explica o engenheiro da Intel.

Determinar se um processador é melhor ou pior que outro apenas pela frequência também é um erro muito comum. No passado isso era algo mais "aceitável", visto que as CPUs era muito parecidas em questão de núcleos e arquitetura, além de termos como o cache, threads e outras tecnologias não serem tão conhecidas, e sobrava o clock para diferenciar os modelos. Hoje essa percepção é totalmente equivocada.

Overclock e undervolt

Muito mencionado por entusiastas, o overclock é uma técnica utilizada para aumentar a frequência dos processadores e, consequentemente, seu desempenho. Antes, esse processo era bem complicado e cheio de nuances, mas atualmente há softwares específicos para facilitar a vida do usuário. Essa técnica pode ser extrema, necessitando de nitrogênio líquido para resfriar o componente, como no vídeo abaixo.

O undervolt é um procedimento para diminuir a tensão das CPUs, reduzindo a temperatura e, às vezes, melhorando o desempenho.

As duas técnicas, segundo Yuri, podem ser benéficas e gerar bons resultados quando realizadas de maneira correta. No entanto, esses procedimentos alteram características de fábrica dos produtos e podem danificar os processadores permanentemente se feitas por pessoas leigas ou sem experiência.

Qual a diferença entre CPU, processador e gabinete?

Muitos erram ao confundir a CPU com o que, na verdade, é o gabinete do equipamento. O gabinete é apenas a estrutura de sustentação e proteção dos componentes internos da máquina — basicamente uma carcaça. O processador, por outro lado, é uma das peças internas.

"A gente pode imaginar que isso surgiu mais no início do desenvolvimento da informática, quando os processadores eram, talvez, o principal componente que as pessoas se atentavam. Hoje em dia existem alguns outros componentes bastante relevantes, mas no início, quando a CPU era o único ponto focal, as pessoas muitas vezes utilizavam como sinônimo o CPU e o gabinete. Isso se propagou e se mantém até hoje, principalmente para o público mais leigo. Mas é importante notar que são conceitos e objetos completamente diferentes", finaliza Yuri Daglian.