O que são processadores e quais os tipos usados em celulares, PCs e câmeras?

O que são processadores e quais os tipos usados em celulares, PCs e câmeras?

Processadores servem para controlar funções e executar operações em smartphones, PCs, câmeras e outros eletrônicos. Chips especializados, como GPUs e NPUs, podem realizar cálculos, processar gráficos, treinar inteligências artificiais, entre outras tarefas, enquanto uma CPU é um processador de uso geral.

Uma placa de vídeo com GPU (acima) e um processador central (CPU) fabricado pela Intel (Imagem: Everton Favretto/Tecnoblog)

Os processadores são definidos por suas propriedades, incluindo litografia, quantidade de núcleos, velocidade do clock, arquitetura e conjunto de instruções. A seguir, entenda mais sobre os principais tipos de processadores presentes em eletrônicos de consumo, os atributos em comum e suas respectivas funções.

ÍndiceQuais são os principais tipos de processadores?Para que serve a Unidade Central de Processamento (CPU)?Para que serve a Unidade de Processamento Gráfico (GPU)?Para que serve a Unidade de Processamento Neural (NPU)?Para que serve um Processador Digital de Sinal (DSP)?Para que serve um Processador de Sinal de Imagem (ISP)?O que é a litografia de um processador?O que são nanômetros no processador?O que são transistores de um processador?O que é a arquitetura de um processador?O que é o conjunto de instruções de um processador?Qual é a diferença entre RISC e CISC?Qual é a diferença entre processador Arm e x86?Qual é a diferença entre processador 64 bits e 32 bits?O que é o clock do processador?O que é overclock do processador?Para que serve o núcleo do processador?O que é um processador multicore?O que são threads do processador?O que é a tecnologia Hyper-Threading?O que é o TDP de um processador?O que é um microprocessador?Quem inventou o primeiro microprocessador?Quais eram as especificações do primeiro microprocessador?O que diz a Lei de Moore sobre processadores?Quais são as principais linhas de processadores?Processador de notebook serve em PC (desktop)?

Quais são os principais tipos de processadores?

CPU (Unidade Central de Processamento), GPU (Unidade de Processamento Gráfico), NPU (Unidade de Processamento Neural) e ISP (Processador de Sinal de Imagem) são alguns dos principais tipos de processadores encontrados em celulares, câmeras e computadores.

Para que serve a Unidade Central de Processamento (CPU)?

A CPU serve para executar instruções gerais de programas, funcionando como o “cérebro” do computador. Ela é dividida em três componentes principais: a Unidade Lógica Aritmética (ULA), a Unidade de Controle (UC) e os Registradores. Por ser a unidade central de processamento, é muitas vezes chamada apenas de “processador”.

Para que serve a Unidade de Processamento Gráfico (GPU)?

A GPU serve para processar gráficos de forma eficiente, sendo fundamental para renderização de jogos, edição de vídeo e outras aplicações visuais. Baseia-se no processamento paralelo para executar múltiplas operações gráficas simultaneamente e pode ter centenas ou milhares de núcleos de processamento independentes.

Placa de vídeo com GPU Nvidia instalada em um desktop (Imagem: Emerson Alecrim/Tecnoblog)

Para que serve a Unidade de Processamento Neural (NPU)?

A NPU serve para acelerar tarefas relacionadas à inteligência artificial, como deep learning, redes neurais e visão computacional em celulares e computadores. Também chamada de Unidade de Processamento Inteligente (IPU), pode melhorar a qualidade de imagens em Smart TVs por meio de uma técnica conhecida como upscaling.

Para que serve um Processador Digital de Sinal (DSP)?

Um DSP serve para processar sinais digitais, como áudio e vídeo, em tempo real. É útil em aplicações como codificação e decodificação de vídeos de alta resolução, cancelamento ativo de ruído (ANC) em fones de ouvido e filtros de melhoria de qualidade de imagem.

Para que serve um Processador de Sinal de Imagem (ISP)?

Um ISP serve para processar as imagens capturadas por câmeras. Trabalha em conjunto com outros processadores do SoC (System-on-a-chip), como o DSP e a CPU, para gerenciar as cores, reduzir o ruído e melhorar a nitidez das cenas fotografadas e filmadas pelo celular, notebook, câmera digital e outros eletrônicos com sensores de imagem.

Galaxy Z Fold 5 tem ISP Spectra, do Snapdragon 8 Gen 2 for Galaxy, para processar imagens das câmeras (Imagem: Thássius Veloso/Tecnoblog)

O que é a litografia de um processador?

Litografia é a tecnologia de fabricação usada na produção de um semicondutor, como um processador de silício. Ela afeta diretamente fatores como a densidade de transistores, a velocidade de processamento, a eficiência energética e o gerenciamento de calor do chip.

O que são nanômetros no processador?

A litografia de um processador é expressa em nanômetros (nm). Quanto menor o valor em nanômetros, maior tende a ser o número de transistores dentro do processador em uma mesma área física.

O que são transistores de um processador?

Transistores são componentes semicondutores, normalmente feitos de silício, que controlam a corrente elétrica. Em um processador, transistores agem como interruptores, controlando o fluxo de eletricidade e, consequentemente, a execução das instruções e dos cálculos.

O que é a arquitetura de um processador?

A arquitetura de um processador se refere ao projeto do chip e à forma como ele processa os dados. Há dois tipos de arquiteturas: a von Neumann, mais comum em processadores modernos, e a Harvard.

Arquitetura von Neumann: usa uma memória única para armazenar tanto os dados quanto as instruções que estiverem sendo executadas. Ela consiste em um processador que realiza os cálculos, uma unidade de controle que coordena as operações e um barramento que interliga todos os componentes.

Arquitetura Harvard: tem memórias separadas para dados e programas, o que significa que o processador pode acessar instruções e manipular dados ao mesmo tempo. É mais usada em sistemas embarcados e pequenos microcontroladores, como os usados em eletrodomésticos, por ser mais eficiente para tarefas muito específicas.

O conjunto de instruções se refere às operações que o processador é capaz de executar. Pode ser do tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer), que se baseia em instruções simplificadas e em menor quantidade, ou CISC (Complex Instruction Set Computing), que traz instruções mais complexas para aplicações específicas.

Snapdragon 865, um SoC projetado pela Qualcomm, tem uma arquitetura de conjunto de instruções do tipo Arm (Imagem: Paulo Higa/Tecnoblog)

O que é o conjunto de instruções de um processador?

O conjunto de instruções é uma parte da arquitetura que especifica quais operações um processador pode executar. Uma instrução pode ser uma operação de soma, subtração, multiplicação e divisão, ou um comando para carregar e armazenar dados.

A arquitetura do conjunto de instruções (ISA) serve como ponte entre o hardware e o software do computador. Um programa deve ser escrito de acordo com as especificações da ISA para que seja executado de maneira nativa, com a maior eficiência possível, sem necessidade de técnicas como emulação ou virtualização.

A microarquitetura é a forma como a ISA é implantada no processador. Chips diferentes podem ter a mesma ISA e entender o mesmo conjunto de instruções. No entanto, se tiverem microarquiteturas diferentes, eles executarão as instruções de maneiras diferentes, o que interferirá no desempenho e na eficiência energética.

Qual é a diferença entre RISC e CISC?

A diferença entre RISC e CISC está na abordagem do conjunto de instruções:

RISC (Computador com um conjunto reduzido de instruções): tem um conjunto de instruções simples e otimizadas. Sua ideia principal é executar mais instruções em menos tempo. Tem um pipeline mais eficiente, já que menos etapas são necessárias para cada instrução, o que tende a reduzir o consumo de energia;

CISC (Computador com um conjunto complexo de instruções): tem conjunto de instruções variadas e complexas. Sua ideia principal é minimizar o número de instruções por programa, já que uma única instrução pode executar várias operações complexas de baixo nível. Pode consumir mais energia.

Ou seja, RISC é um tipo de arquitetura de processador com um conjunto menor e mais simples de instruções, enquanto o CISC possui um conjunto maior e mais complexo de instruções.

Qual é a diferença entre processador Arm e x86?

A diferença entre Arm e x86 é o conjunto de instruções. Processadores Arm são facilmente encontrados em dispositivos móveis e são projetados com ênfase em eficiência energética, enquanto os modelos x86 são comuns em desktops e servidores, nos quais o desempenho bruto é mais importante.

Intel Pentium D, um processador dual-core com arquitetura CISC x86 (Imagem: Everton Favretto/Tecnoblog)

Qual é a diferença entre processador 64 bits e 32 bits?

A diferença entre processadores de 64 bits e 32 bits está no endereçamento de memória e no processamento de dados. Um chip de 32 bits pode endereçar até 4 GB (232 bytes) de memória e processar dados em pedaços de 32 bits. Já um chip de 64 bits pode endereçar até 18,4 EB (264 bytes) de memória e processar dados em pedaços de 64 bits, o que permite maior desempenho em operações complexas.

O que é o clock do processador?

O clock do processador estabelece o número de ciclos que o chip executa em um segundo. É medido em Hertz (Hz), geralmente na escala de megahertz (MHz) ou gigahertz (GHz). Quanto maior a frequência, mais operações um processador pode executar a cada segundo, o que tende a aumentar seu desempenho.

O que é overclock do processador?

Overclock é a prática de aumentar o clock de um processador além do limite pré-estabelecido pela fabricante. Quando uma CPU com clock base de 3 GHz é configurada pelo usuário para operar a 4 GHz, dizemos que foi realizado um overclock.

O overclock pode elevar o consumo de energia e a temperatura do processador. Se o sistema de resfriamento for insuficiente para atender à frequência mais alta, o chip pode ser danificado permanentemente.

Para que serve o núcleo do processador?

O núcleo do processador, também chamado de “core”, é responsável por executar as operações e cálculos em um computador. Cada núcleo físico ou virtual de um chip pode operar de maneira independente, o que permite executar múltiplas tarefas simultaneamente e melhora o desempenho.

O que é um processador multicore?

A tecnologia multicore permite que um processador tenha múltiplos núcleos. São exemplos os processadores quad-core (4 núcleos) e octa-core (8 núcleos), comuns em dispositivos como smartphones e notebooks. O objetivo do multicore é aumentar a velocidade de processamento ao executar mais de uma operação ao mesmo tempo.

Processador Intel Core 2 Duo T7200, uma CPU com dois núcleos (Imagem: Everton Favretto/Tecnoblog)

O que são threads do processador?

Threads de um processador são sequências de instruções que fazem parte de um processo principal. Um programa é organizado em processos, e cada processo é dividido em threads. Quando um processador suporta multithreading, ele pode executar dois ou mais threads simultaneamente, o que melhora o desempenho.

O que é a tecnologia Hyper-Threading?

Hyper-Threading (HT) é a tecnologia de multithreading simultâneo da Intel que aumenta a eficiência ao permitir que cada núcleo físico da CPU execute dois threads ao mesmo tempo. Foi lançado pela primeira vez em um processador doméstico em novembro de 2002, no Pentium 4 HT de microarquitetura Northwood.

O nome Hyper-Threading é de propriedade da Intel, mas há outras fabricantes que usam tecnologias similares, como o AMD Simultaneous Multi-Threading (SMT), presente na família de microarquiteturas Zen.

O que é o TDP de um processador?

TDP (Thermal Design Power) representa a quantidade máxima de calor que um processador gera em condições normais. É expresso em watts (W) e serve para entender as necessidades de resfriamento de um chip, como uma CPU em um notebook ou uma GPU em uma placa de vídeo. Saber o TDP é importante para evitar o superaquecimento do chip.

O que é um microprocessador?

Microprocessador é um circuito integrado compacto que executa operações lógicas e cálculos matemáticos. O nome é comumente usado para se referir à Unidade Central de Processamento (CPU), que é o principal responsável por executar programas em um computador.

Quem inventou o primeiro microprocessador?

O primeiro microprocessador, Intel 4004, foi inventado por uma equipe de engenheiros da Intel composta por Ted Hoff, Federico Faggin e Stanley Mazor.

O Intel 4004 foi anunciado em 15 de novembro de 1971. Ele foi o primeiro microprocessador vendido ao público, por US$ 60 em valores da época.

Intel 4004, o primeiro microprocessador (Imagem: Divulgação/Intel)

Quais eram as especificações do primeiro microprocessador?

O Intel 4004 tinha clock de 740 a 750 kHz (kilohertz) e arquitetura BCD de 4 bits. Era fabricado em um processo de 10 micrômetros, ou 10.000 nanômetros, e tinha 2.300 transistores mais finos que um fio de cabelo. Processadores modernos podem ter bilhões de transistores com 5 nanômetros ou menos.

O chip foi usado na calculadora Busicom 141-PF, que tinha memória, 4 funções (soma, subtração, multiplicação e divisão) e impressão de resultados com até 15 dígitos.

O que diz a Lei de Moore sobre processadores?

A Lei de Moore é uma observação feita por Gordon E. Moore, cofundador da Intel, em 1965. A versão mais atualizada da previsão dizia que o número de transistores em um processador dobraria a cada 2 anos, ou seja, o desempenho dos chips evoluiria de forma exponencial.

A previsão está sendo desafiada nos últimos anos porque a miniaturização dos transistores está se aproximando dos limites físicos. À medida que se eles se tornam tão pequenos quanto átomos, surgem problemas técnicos que dificultam a continuidade da miniaturização no mesmo ritmo das últimas décadas.

Quais são as principais linhas de processadores?

Intel Core: lançada em 2006, tem como características sua alta performance em PCs. A linha Core é subdividida em Core i3 (entrada), Core i5 (intermediário), Core i7 (alto desempenho) e Core i9 (performance extrema);

Intel Pentium: lançada originalmente em 1993, a linha Pentium se tornou voltada para o segmento de entrada, oferecendo desempenho básico a um preço menor. Era a principal marca de CPUs da Intel antes da linha Core;

Intel Xeon: é a linha de processadores da Intel para servidores e estações de trabalho (workstations). Foi lançada em 1998 e tem foco em alto desempenho, podendo operar em conjunto com outros processadores do mesmo modelo no mesmo computador;

AMD Ryzen: lançada em 2017, é a marca de processadores de alto desempenho da AMD para PCs. A linha Ryzen é subdividida em Ryzen 3 (entrada), Ryzen 5 (intermediário), Ryzen 7 (alto desempenho) e Ryzen 9 (performance extrema);

AMD Athlon: criada originalmente em 1999, a linha Athlon se tornou voltada para os segmentos de entrada e intermediário, oferecendo desempenho básico para tarefas cotidianas. O Athlon foi o principal concorrente do Intel Pentium até o final da década de 2000;

AMD Epyc: é a linha de processadores da AMD projetada para servidores de alto desempenho. Geralmente conta com um grande número de núcleos e suporte a altas quantidades de memória;

AMD Radeon: reúne os processadores gráficos (GPUs) da AMD. Foi criada em 2000 pela ATI Technologies, empresa comprada pela AMD em 2006.

Nvidia GeForce: reúne os processadores gráficos (GPUs) da Nvidia. É a principal marca da Nvidia para placas de vídeo voltadas ao usuário doméstico e muito usada em aplicações de GPGPU (Unidade de Processamento Gráfico de Propósito Geral).

Qualcomm Snapdragon: lançada em 2007, é uma linha de System-on-a-Chip (SoC) muito popular em smartphones e tablets com Android. Reúne CPU, GPU, modem e outros componentes dentro do mesmo chip;

Samsung Exynos: linha de SoCs da Samsung criada em 2010. É comum em celulares e tablets da linha Samsung Galaxy.

Apple Silicon: são os processadores da Apple usados principalmente em Macs. Os chips da linha Apple M1, M2 e sucessores têm arquitetura Arm e substituíram os processadores da Intel, com arquitetura x86, em desktops e laptops da Apple.

Processador de notebook serve em PC (desktop)?

Não, pois processadores de notebooks geralmente são soldados diretamente na placa-mãe e têm soquete diferente das CPUs para desktops, que são especificamente projetadas para serem removíveis e substituíveis.
O que são processadores e quais os tipos usados em celulares, PCs e câmeras?

O que são processadores e quais os tipos usados em celulares, PCs e câmeras?
Fonte: Tecnoblog