Definição de CPU ou UCP

Unidade Central de Processamento (UCP)
Central Processing Unit (CPU)

A unidade central de processamento ou CPU (Central Processing Unit), também conhecido como processador, é a parte de um sistema computacional, que realiza as instruções de um programa de computador, para executar a aritmética básica, lógica, e a entradas e saída de dados. A CPU tem papel parecido ao cérebro no computador. O termo vem sendo usado desde o início de 1960. A forma, desenho e implementação mudaram drasticamente desde os primeiros exemplos, porém o seu funcionamento fundamental permanece o mesmo.
Podemos dividir as suas funções em 3 partes:

• Processamento e execução dos programas
• Executar as instruções 
• Controlar as operações no computador.
  
  
  Vamos aprofundar as suas funções:

• É responsável pela realização de qualquer operação realizada por

um computador. 

• Comanda não somente as ações efetuadas internamente, como

também em decorrência de interpretação de uma determinada
instrução, ele emite sinais de controle para os demais componentes
do computador agirem e realizarem alguma tarefa.

•  Os processadores atuais são fabricados de modo que, em um único

invólucro (pastilhachip)
são inseridos todos os elementos necessários
à realização de suas funções.
Um processador tem, por propósito, realizar operações com dados (que
denominamos processamento) normalmente numéricos.

•  Para realizar essas operações o processador necessita em primeiro

ligar interpretar que tipo de operação ele irá executar.

•  Em seguida, antes da realização propriamente dita da operação, é

necessário que os dados estejam armazenados no dispositivo que
irá executar a operação.

• Ele é projetado e fabricado com o propósito único de executar

sucessivamente pequenas operações matemáticas ou outras
manipulações de dados, na ordem e na seqüência definidas pela
organização do sistema.

•  Portanto, o processador não somente realiza o processamento, como

também controla todo o funcionamento do sistema.
A função do processador (UCP) consiste resumidamente no seguinte:

• Buscar uma instrução na memória (operação de leitura), uma de

cada vez;

•  Interpretar que operação a instrução está explicitando (soma,

subtração, movimentação de dados, etc);

•  Buscar os dados onde estiverem armazenados, para trazêlos

até
o processador;

•  Executar efetivamente a operação com o(s) dados(s);

•  Guardar o resultado (se houver algum) no local definido na

instrução;

•  E finalmente, reiniciar o processo buscando uma nova instrução.
• Na figura ao lado vemos o
  diagrama de blocos de
  uma UCP simples, com
  destaque aos elementos
  que exercem a função
  controle:
  • Unidade de Controle
  • Decodificador de
  Instrução
  • Registrador de Instrução
  • Contador de Instrução
  • Relógio
  • Registrador de Endereços
  da Memória
  • Registrador de Dados da
  • Memória
    
    
    
    As atividades realizadas por um processador podem ser divididas em
    duas grandes categorias:
    

    •  PROCESSAMENTO

    •  Compreende a realização das atividades relacionadas com a

    efetiva execução de uma operação, envolvendo principalmente a
    Unidade LógicoAritmética
    (ULA) e os registradores internos ao
    processador.
    

    •  CONTROLE

    •  É exercida pelos componentes do processador que realizam as

    atividades de busca, interpretação e controle da execução das
    instruções, bem como o controle dos demais componentes do
    sistema de computação, tais como a memória e os dispositivos de
    entrada e saída.
     
    
    
    
    A CPU é dividida em 2 partes principais:
    •       UAL - Unidade Aritmética e Lógica

    •        UC - Unidade de Controle
      
      
      
      
      
      
      
      

      A ULA (“ALU”) é o dispositivo do processador que efetivamente

      
      

      executa as operações matemáticas com os dados. Tais operações

      podem ser, por exemplo:Soma, subtração, multiplicação e divisão;

      Operação lógica AND, OR, XOR;

      Deslocamento à direita, deslocamento à esquerda; Entre outros
      Toda instrução que envolve operações aritméticas são passadas pela UC para a ALU
      Possui registradores que recebem dados e executam as operações.

      
      Diagrama Esquemático ALU
      
      

     

    
    
    A capacidade de processamento de um processador é em grande
    parte determinada pelas facilidades embutidas no hardware da ULA
    para realizar as operações planejadas.
    

    •  Um dos elementos fundamentais para isso é o tamanho da palavra

    do processador.
    

    •  O valor escolhido no projeto de fabricação determinará o tamanho

    dos elementos ligados às área de processamento, a ULA e os
    registradores de dados.
    

    •  Processadores que possuem palavra de largura igual a 16 bits

    devem ter seus registradores de dados com largura igual a 16 bits,
    e assim respectivamente naqueles que possuem 32 ou 64 bits.
    

    •  Um tamanho maior ou menor de palavra acarreta, sem dúvida,

    diferenças de desempenho do processador.

    
    
    
    A UC é o dispositivo mais complexo do processador.
    

    •  Ele possui a lógica necessária para realizar a movimentação de dados

    e instruções “de” e “para” o processador, através dos sinais de controle
    que emite em instantes de tempo determinados conforme uma
    programação prévia.
    Tem por funções a busca, interpretação e controle de execução das instruções

    Controle dos demais componentes do computador

    Orienta o fluxo de dados

    Contem o conjunto de instruções que a CPU é capaz de realizar.

    
    

    
    

    Diagrama funcional da UCP

     

    Registradores Importantes na  UCP

    Na UC - CI Contador de Instruções (em inglês: PC - Program Counter) - armazena o 

    
    

    endereço da próxima instrução a ser executada.

    
    

    Na UC - RI Registrador de Instrução (em inglês: (IR - Instruction Register) - armazena a 

    
    

    instrução a ser executada.

    
    

    Na UAL - ACC Acumulador - armazena os dados (de entrada e resultados) para as 

    
    

    operações na UAL; o acumulador é um dos principais elementos que definem o tamanho 

    
    

    da palavra do computador - o tamanho da palavra é igual ao tamanho do acumulador.
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    O relógio (clock) é um dispositivo gerador de pulsos cuja duração é

    
    

    
    

    chamada de ciclo.

     A quantidade de vezes em que este pulso básico se repete em um

    
    

    
    

    segundo define a unidade de media do relógio denominada

    
    

    
    

    frequência, a qual também é utilizada para definir a velocidade da

    
    

    UCP.

    
    

     Servem para:

    
    

     Sincronizar, ou seja, permitir que duas ou mais ações

    
    

    ocorram no mesmo instante de tempo.

    
    

    Cadenciar as ações realizadas em um determinada positivo,

    
    

    
    

    ou seja, controlar a velocidade com que elas ocorrem.

    
    

     Pode ser entendido com um dispositivo de controle.

    
    

     Em geral o relógio é formado por um cristal de quartzo.