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O processador, também conhecido como CPU, é peça fundamental dos computadores. E não estamos falando apenas dos famosos PCs. Celulares, video games, smartphones, tablets: todos esses dispositivos precisam de processadores para funcionar. Esse componente tão vital é responsável por carregar e realizar as operações aritméticas e lógicas de que os programas de computador fazem uso. Portanto, nada funciona sem a famosa CPU.

Levou décadas para que chegássemos aos modelos atuais de processadores. Na verdade, demoramos alguns anos para chegar também à ideia que temos hoje de como uma CPU funciona. Antes, os softwares não eram compatíveis com todos os modelos de computador, já que eles eram desenvolvidos especificamente para cada máquina.

Isso estava relacionado ao fato de que cada computador era como uma plataforma diferente. Muitas vezes, existia incompatibilidade até mesmo entre modelos de um mesmo fabricante. Por incrível que pareça, isso não chegava a ser uma barreira preocupante, visto que a produção de software ainda não era alta e não existiam muitos programas disponíveis.

Precursores da CPU moderna: anos 40, 50 e 60

Os primeiros computadores, anteriores à década de 50, possuíam um diferencial considerável, se comparados com as máquinas de hoje: eles não eram capazes de armazenar programas. Alguns deles, como o ENIAC, que teve seu desenvolvimento iniciado em 1943, tinham inicialmente o plano de armazenamento de softwares em seu interior. Mas, para agilizar o lançamento da máquina, essa ideia acabou ficando para trás.

Dessa forma, o ENIAC tinha que ser modificado fisicamente cada vez que uma tarefa diferente fosse executada. Cabos deveriam ser reposicionados, chaves ligadas ou desligadas e um novo programa ser carregado. Era dessa forma que o processamento em si era realizado.

EDVAC instalado no Laboratório de Pesquisas Balísticas dos EUA

Em 1945, a ideia de uma unidade central de processamento capaz de executar diversas tarefas foi publicada por John Von Neumann. Chamado de EDVAC, o projeto desse computador foi finalizado em 1949. Essa é a origem dos primeiros modelos "primitivos" de processadores da forma como os conhecemos. Além disso, o EDVAC e outros computadores, como o Mark I, da Universidade de Harvard, marcam o início da era dos computadores modernos, capazes de armazenar programas.

Durante a década de 50, a organização interna dos computadores começou a ser repensada. Esse foi o momento em que os processadores começaram a ganhar funcionalidades básicas, como registradores de índices, operandos imediatos e detecção de operadores inválidos.

No início da década de 60, a IBM desenvolveu uma nova abordagem: planejou uma família de computadores que poderiam executar o mesmo software, com poder de processamento e preços diferentes. Com isso, os programas não seriam mais dependentes de máquina, mas compatíveis entre todos esses modelos.

Para colocar isso em prática, a IBM acabou criando um computador virtual conhecido como System/360, ou simplesmente S/360. Podemos pensar nesse sistema como um conjunto de instruções e capacidades que todos os computadores da família S/360 teriam em comum.

Processadores Modernos

Nos modelos apresentados acima, os processadores ainda não eram compostos por uma unidade central, mas por módulos interconectados entre si. Foi só no início da década de 70 que surgiram as CPUs desenvolvidas totalmente em circuitos integrados e em um único chip de silício.

Geração Pré-x86

O Intel 4004 foi o primeiro microprocessador a ser lançado, em 1971. Sendo desenvolvido para o uso em calculadoras, essa CPU operava com o clock máximo de 740 KHz e podia calcular até 92 mil instruções por segundo, ou seja, cada instrução gastava cerca de 11 microssegundos.

Com o sucesso do 4004, a Intel desenvolveu o processador 8008, em 1972. Esse era uma CPU de 8 bits, com barramento externo de 14 bits e capaz de endereçar 16 KB de memória. Seu clock trabalhava na frequência máxima de 0,8 MHz.

Esse modelo foi substituído, em 1974, pelo Intel 8080, que apesar de ainda ser um processador de 8 bits, podia executar, com algumas limitações, operações de 16 bits. O 8080 foi desenvolvido, originalmente, para controlar mísseis guiados. Tinha clock limite de 2 MHz, um valor muito alto para a época, era capaz de realizar centenas de milhares de operações por segundo e de endereçar até 64 KB de memória.

A família x86 de 16 bits

A arquitetura x86, lançada em meados da década de 70, ainda serve como base para boa parte dos computadores atuais. O primeiro processador que aproveitou todo o seu potencial foi o Intel 8086, de 1978. Pela primeira vez, a velocidade do clock alcançava 5 MHz, utilizando instruções reais de 16 bits. O nome "x86" veio do fato de que o nome dos processadores que vieram depois do Intel 8086 também terminavam em "86".

Ainda no mesmo ano, foi lançado o 8088, sucessor que possuía barramento externo de 8 bits, porém, com registradores de 16 bits e faixa de endereçamento de 1 MB, como no 8086. Esse foi o chip utilizado no IBM PC original.

Nos anos seguintes, a Intel desenvolveu os modelos 80186 e 80188, criados para serem usados com sistemas embarcados. Em 1982, a capacidade de processamento chegou ao patamar de 6 e 8 MHz, com o Intel 80286. Posteriormente, as empresas AMD e Harris Corporation conseguiram romper essa barreira, chegando a 25 MHz.

Entram as CPUs de 32 bits (x86-32)

Como o nome sugere, a x86-32 é arquitetura x86 de 32 bits, utilizada até hoje em muitos computadores. Grosso modo, podemos dizer que, com exceção de processadores de 64 bits e aqueles de arquitetura ARM, todos os outros existentes ainda hoje são herdeiros das características dessa geração.

Os famosos 386 e 486

As CPUs 80386 e 80486, lançadas entre o meio e o fim da década de 80, trabalhavam com clocks que iam de 33 MHz a 100 MHz, respectivamente. O 80386 permitiu que vários programas utilizassem o processador de forma cooperativa, através do escalonamento de tarefas. Já o 80486 foi o primeiro a usar o mecanismo de pipeline, permitindo que mais de uma instrução fossem executadas ao mesmo tempo.

Para o 80486, existiram diversas versões, sendo que cada uma delas possuía pequenas diferenças entre si. O 486DX, por exemplo, era o top de linha da época e também a primeira CPU a ter coprocessador matemático. Já o 486SX era uma versão de baixo custo do 486DX, porém, sem esse coprocessador, o que resultava em um desempenho menor.

A guerra entre Intel e AMD

As séries de processadores Intel e AMD marcaram época no mundo da informática, através de suas diferentes versões. O primeiro Pentium (Intel), lançado em 1993, apresentava várias melhorias sobre o 80486, principalmente por uso da superescalabilidade, ou seja, a replicação de hardware para que mais instruções fossem executadas ao mesmo tempo. Seu clock inicial era de 100 MHz, o qual chegou a atingir 200 MHz com o passar do tempo de desenvolvimento.

Em 1995, a Intel lançava o Pentium Pro, sexta geração de chips x86 e que possuía uma série de melhoramentos em relação ao seu antecessor. Essa seria a base para os futuros lançamentos: Pentium II, Pentium III e Pentium M.

Paralelamente, a AMD começava a ganhar mercado com modelos similares, principalmente como o AMD K5, forte concorrente do Pentium original. Dois anos depois, o Pentium II foi lançado, atingindo o clock de 450 MHz.

Nessa mesma época, a AMD desenvolveu CPUs que batiam de frente com a Intel, como o AMD K6. Por esse motivo, ambas as empresas travaram uma espécie de "corrida", competindo para ver quem conseguia o maior desempenho e valor de clock.

A lei de Moore

Em 1965, Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, afirmou que o número de transistores em um chip dobraria, sem custo adicional, a cada 18 meses. Tal afirmação ficou conhecida como a Lei de Moore, a qual foi válida durante anos, principalmente no final da década de 90.

Sempre que uma empresa lançava um modelo de processador, o concorrente a superava meses depois. Isso ficou muito evidente nos anos de 1999 e 2000, quando o Pentium III e o AMD Atlhon (K7) estavam guerreando pelo maior clock. Por um período de tempo, a AMD liderou a disputa, pois o Atlhon, que trabalhava com frequências maiores do que 1 GHz, superou o Pentium III.

A reviravolta da Intel veio com o lançamento do Pentium 4, em 2001, que trabalhava com até 2 GHz e levou a empresa de volta ao topo do mercado. As versões de baixo custo dessas CPUs, Celeron (Intel) e Duron (AMD), também disputavam fortemente o lugar mais alto no ranking do processador "B" mais vendido.

Multicore: o fim da lei de Moore

Conforme a tecnologia dos processadores foi progredindo, o tamanho de seus transistores foi diminuindo de forma significativa. Contudo, após o lançamento do Pentium 4, eles já estavam tão pequenos (0,13 micrômetros) e numerosos (120 milhões) que se tornou muito difícil aumentar o clock por limitações físicas, principalmente pelo superaquecimento gerado.

A principal solução para esse problema veio com o uso de mais de um núcleo ao mesmo tempo, através da tecnologia multicore. Assim, cada núcleo não precisa trabalhar numa frequência tão alta. Se o esquema de escalonamento de tarefas funcionasse de maneira eficiente, seria possível trabalhar com quase o dobro do clock. Um processador dual-core de 1,5 GHz, por exemplo, poderia ter um desempenho semelhante a uma CPU de núcleo único de 3 GHz.

Um componente chamado de escalonador determina em qual dos núcleos uma tarefa deve ser executada. Mas como o escalonador demora certo tempo para fazer essa decisão, na prática fica quase impossível atingir o dobro exato de desempenho. Portanto, com o advento do processador multicore, a lei de Moore tornou-se inválida, visto que já não era mais possível aumentar a frequência do processador como antes.

Anos 2000: a era de 64 bits

No começo dessa década, ficou claro que o uso de 32 bits não seria mais eficiente, visto que, no máximo, apenas 4 GB de memória RAM poderiam ser endereçados nessa plataforma. Logo, a solução mais natural foi o desenvolvimento de novas arquiteturas que passassem a trabalhar com 64 bits ao invés de 32.

Tanto a AMD quanto a Intel trabalhavam em seus próprios projetos de CPUs de 64 bits, mas quem venceu a disputa foi mesmo a AMD, com o x86-64, que mais tarde foi renomeado para AMD64. Isso aconteceu, principalmente, pelo fato de a AMD ter evoluído diretamente o x86-32, enquanto que a Intel tentou criar algo novo, do zero.

Visto esse acontecimento, as empresas em questão criaram um acordo no uso dessas arquiteturas, no qual a AMD licenciou para a Intel o uso do x86-64. Por outro lado, a Intel também tornou legal o uso da arquitetura x86-32 pela AMD. Logo, todos os modelos de processadores 64 bits comerciais atuais rodam sobre o x86-64. O AMD Athlon 64 foi um dos maiores representantes dessa arquitetura.

Blackfin

Ainda em 2000, uma nova arquitetura de processadores foi lançada pela empresa Analog Devices. A Blackfin, como foi batizada, é uma família de microprocessadores de 16 e 32 bits que possuía, como diferencial, um processador de sinal digital (DSP) embutido, usado para processar áudio e vídeo.

Aliado a outras características de design, esse processador permite um consumo menor de energia aliado ao alto desempenho. O uCLinux é um dos sistemas operacionais que suporta esse tipo de CPU.

Pentium 4 e Pentium D

Em 2002, a Intel lançou o Pentium 4, processador que podia alcançar clocks muito altos, chegando até a 3,8 GHz em condições especiais. Os últimos modelos dessa linha também incluíam a tecnologia Hyperthreading (HT), funcionalidade que fazia um processador físico trabalhar como se fossem duas CPUs lógicas.

Posteriormente, o Pentium 4 foi substituído pelo Pentium D, duas linhas de processadores dual-core de 64 bits. Mais tarde, foi lançado o Pentium Extreme Edition, que possuía desempenho um pouco melhor do que o Pentium D, além de tecnologias extras que o tornavam mais apto para tarefas pesadas. Esse modelo também fazia uso da tecnologia HT, podendo simular a existência de até quatro núcleos.

Outra novidade da Intel foi o Pentium M, uma versão de baixo consumo do Pentium Pro desenvolvido para dispositivos móveis. Esse processador foi lançado em 2003. Em 2005, a AMD apresentou ao mundo o seu primeiro processador dual-core, o Athlon 64 X2.

Intel Core

Em 2006, a Intel inicia a sua linha Core, para consumidores que precisam de mais poder de processamento. Faz parte dessa linha o modelo Core 2 Duo, que demonstra uma capacidade incrível se comparado com os dual-core anteriores da empresa. Na mesma época, foi lançada a versão Pentium Dual Core, que apesar de trazer uma boa relação custo-benefício, se mostra inferior ao Core 2 Duo.

Outro grande lançamento feito pela Intel foi o Core 2 Quad, processadores com quatro núcleos e que, apesar de demonstrarem alto desempenho, acabam perdendo em algumas tarefas para o Core 2 Duo. Uma versão posterior, nomeada Core 2 Extreme Quad Core, também foi lançada, proporcionando mais velocidade de clock, que pode chegar até 3,2 GHz.

Em 2010, a Intel anunciou os modelos Core i3, i5 e i7. Quem ainda não conhece pode conferir o artigo publicado pelo Tecmundo sobre as diferenças entre esses três modelos.

Além disso,a empresa também lançou uma segunda geração desses processadores, que vem sendo muito bem aceita pelos consumidores. Essa nova leva possui mudanças na memória cache, melhorias no modo Turbo Boost e aperfeiçoamentos na própria arquitetura. Porém, o que chama a atenção é a presença de um chip gráfico acoplado com o processador principal (APU). Confira as diferenças entre as duas gerações no artigo de Fábio Jordão.

A empresa também vem trabalhando em uma nova microarquitetura de processadores, a Ivy Bridge, que deve possuir suporte para PCI Express 3.0, DirectX 11 e OpenCL 1.1. A empresa espera obter um aumento de até 30% de desempenho no processamento gráfico se comparado com o chipset Sandy Bridge, presente nos processadores i5 e i7.

As últimas novidades da AMD

Quando o assunto é AMD, a história possui algumas diferenças. Depois dos processadores dual-core, a linha Athlon II apresentou processadores de três (X3) e quatro núcleos (x4), todos com versões econômicas, ou seja, com menor desempenho e mais baratos.

Um dos últimos grandes lançamentos da AMD foi o Athlon Neo, chip desenvolvido para notebooks ultrafinos e que precisam de uma duração maior da bateria. Outra linha apresentada pela fabricante foi a dos processadores Sempron, uma versão simplificada do Athlon, com apenas um núcleo e voltada para consumidores menos exigentes.

Quem não dispensa um bom jogo ou precisa de processamento de alto desempenho pode contar com os processadores Phenom, que foram lançados para competirem de igual para igual com as CPUs da Intel. Esses modelos também receberam versão de três (X3) e quatro (X4) núcleos. A segunda geração dessa linha, Phenom II, conta também com processadores dual-core de 3 e 3,1 GHz.

A surpresa mesmo fica por conta dos processadores Phenom II X4, de quatro núcleos e alto desempenho, com modelos de até 3,4 GHz. Além desses, servidores ou estações de trabalho que exigem uma carga maior de processamento também podem se beneficiar dos processadores Opteron, que podem operar com até seis núcleos.

A AMD também lançou uma linha de CPUs para notebooks que, apesar de ser dual-core, possui um consumo eficiente de energia, poupando assim a carga da bateria dos portáteis. Mas o que vem ganhando espaço é mesmo a Fusion, linha de APUs (Unidade de Processamento Acelerada) da AMD. Com a junção de CPU e GPU em um único chip, é possível obter melhor desempenho a um custo reduzido. Leia mais sobre o Fusion aqui mesmo, no Tecmundo.

...

Com tantos modelos de processadores disponíveis, pode ter ficado confuso saber quais modelos ainda são vendidos e o que comprar na hora de fazer um upgrade. Mas não se preocupe: aqui você encontra artigos que podem ajudá-lo a decidir qual é o processador ideal para você, seja Intel ou AMD.

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O processador, também conhecido como CPU, é peça fundamental dos computadores. E não estamos falando apenas dos famosos PCs. Celulares, video games, smartphones, tablets: todos esses dispositivos precisam de processadores para funcionar. Esse componente tão vital é responsável por carregar e realizar as operações aritméticas e lógicas de que os programas de computador fazem uso.

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Este é o Morpheus o processador anti-hacker

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Este é o Morpheus o processador anti-hacker

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/05/2019
Processador anti-hacker
Uma nova arquitetura de processador de computador desenvolvida na Universidade de Michigan, nos EUA, promete nada menos do que lançar as bases de um futuro no qual os computadores se defendem proativamente contra ameaças, tornando obsoleto o atual modelo de segurança de encontrar bugs e lançar atualizações.

O novo chip, batizado de Morpheus, bloqueia possíveis ataques de hackers criptografando e reorganizando aleatoriamente bits chave de seu próprio código e de seus dados 20 vezes por segundo.

Isso é infinitamente mais rápido do que um hacker humano consegue trabalhar e milhares de vezes mais rápido do que as mais rápidas técnicas de hacking eletrônico.

"A abordagem atual de eliminar erros de segurança um por um é um jogo perdido. As pessoas estão constantemente escrevendo código e, tão logo há um novo código, haverá novos bugs e vulnerabilidades de segurança. Com o Morpheus, mesmo que um hacker encontre um bug, a informação necessária para explorá-lo desaparece 50 milissegundos depois. É talvez a coisa mais próxima de um sistema seguro à prova do que surgir no futuro," disse o professor Todd Austin.
Agitação e semântica indefinida
Em vez de usar software para corrigir vulnerabilidades de códigos conforme elas são descobertas, o processador Morpheus inclui a segurança em seu hardware. A constante aleatorização dos recursos críticos do programa, em um processo chamado "churn" (agitação ou rotatividade), torna as vulnerabilidades virtualmente impossíveis de serem identificadas e exploradas.

Ainda assim, a rotatividade dos dados e sua aleatorização feita pelo processador são transparentes para os desenvolvedores de software e os usuários finais. Isso porque o mecanismo se baseia na aleatorização de bits de dados conhecidos como "semântica indefinida", que se refere aos recantos e fendas obscuras da arquitetura de computação - por exemplo, a localização, formato e conteúdo do código de um programa é uma semântica indefinida.

A semântica indefinida faz parte do maquinário mais básico de um processador. Os programadores legítimos geralmente não interagem com ela, mas os hackers podem fazer engenharia reversa para descobrir vulnerabilidades e iniciar um ataque.

A taxa de "agitações" do chip pode ser ajustada para cima ou para baixo para encontrar o equilíbrio certo entre maximizar a segurança e minimizar o consumo de recursos. O professor Austin conta que a taxa de aleatorização de uma vez a cada 50 milissegundos foi escolhida para o processador de demonstração porque é milhares de vezes mais rápida do que as mais rápidas técnicas de hacking eletrônico, enquanto reduz o desempenho apenas em cerca de 1%. A arquitetura também inclui um detector de ataque que procura ameaças pendentes e aumenta a taxa de aleatorização se perceber que um ataque é iminente.

O chip de demonstração é um processador RISC-V - um design de chip comum, de código aberto, usado frequentemente para pesquisa. A equipe já está tentando comercializar a tecnologia.
Bibliografia:

Artigo: Morpheus: A Vulnerability-Tolerant Secure Architecture Based on Ensembles of Moving Target Defenses with Churn
Autores: Mark Gallagher, Lauren Biernacki, Shibo Chen, Zelalem Birhanu Aweke, Salessawi Ferede Yitbarek, Misiker Tadesse Aga, Austin Harris, Zhixing Xu, Baris Kasikci, Valeria Bertacco, Sharad Malik, Mohit Tiwari, Todd Austin
Revista: Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems
Vol.: 1 - Pages 469-484
DOI: 10.1145/3297858.3304037

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Processador anti-hacker pára ataque antes que ele comece

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/05/2019 Processador anti-hacker Uma nova arquitetura de processador de computador desenvolvida na Universidade de Michigan, nos EUA, promete nada menos do que lançar as bases de um futuro no qual os computadores se defendem proativamente contra ameaças, tornando obsoleto o atual modelo de segurança de encontrar bugs e lançar atualizações.

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Este é o MANA, o primeiro microprocessador supercondutor do mundo.

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Este é o MANA, o primeiro microprocessador supercondutor do mundo.

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/12/2020
Parametron
Pesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama, no Japão, desenvolveram um microprocessador usando componentes supercondutores, que se mostraram cerca de 80 vezes mais eficientes em termos de energia do que os componentes semicondutores de última geração usados nos microprocessadores mais modernos.

Não é nenhum segredo que componentes eletrônicos supercondutores são energeticamente mais eficientes, mas o balanço geral quase nunca é positivo, uma vez que se gasta muita energia para resfriar tudo - os supercondutores só funcionam em temperaturas criogênicas.

Para balancear melhor essa equação, Christopher Ayala e seus colegas trabalharam com uma estrutura eletrônica digital supercondutora chamada "parametron de fluxo quântico adiabático".

O parametron, um elemento de circuito lógico inventado por Eiichi Goto, em 1954, é essencialmente um circuito ressonante com um elemento reativo não-linear que oscila na metade da frequência de acionamento - essa oscilação pode representar um dígito binário pela escolha entre duas fases, deslocadas em 180 graus uma da outra. Os parametrons foram usados nos primeiros computadores japoneses, mas foram abandonados com o desenvolvimento do transístor.

Já um parametron de fluxo quântico é uma implementação do circuito usando junções Josephson, um arranjo no qual uma corrente elétrica flui indefinidamente - uma supercorrente - sem a necessidade da aplicação de uma tensão. O termo adiabático refere-se ao fato de que o circuito não troca calor com seu entorno.
Processador supercondutor
Ayala então usou essas junções Josephson supercondutoras para criar circuitos parametron, que por sua vez serviram como blocos de construção para um microprocessador de alto desempenho e que roda com um gasto mínimo de energia.

"Queríamos provar que o AQFP [parametron de fluxo quântico adiabático] é capaz de realizar computação de alta velocidade com eficiência energética e fizemos isso desenvolvendo e demonstrando com sucesso um microprocessador AQFP protótipo de 4 bits chamado MANA (Arquitetura Integrada Monolítica Adiabática), o primeiro microprocessador supercondutor adiabático do mundo," disse Ayala.

Os testes mostraram que o processador supercondutor é versátil, podendo ser usado em funções de processamento e de armazenamento de dados.

"Também mostramos em um chip separado que a parte de processamento de dados do microprocessador pode operar até uma frequência de clock de 2,5 GHz, o que o torna comparável às tecnologias de computação atuais. Esperamos inclusive um aumento para 5 a 10 GHz à medida que fazemos melhorias em nossa metodologia de projeto e configuração experimental," acrescentou Ayala.
Computações neuromórfica e quântica
E o protótipo também não deixou dúvidas quanto à sua eficiência energética geral, quando se leva em conta a energia necessária para manter o circuito supercondutor resfriado a temperaturas bem perto do zero absoluto.

"O AQFP é um dispositivo eletrônico supercondutor, o que significa que precisamos de energia adicional para resfriar nossos chips da temperatura ambiente até 4,2 Kelvin [-268,95 ºC] para permitir que os AQFPs entrem no estado supercondutor. Mas, mesmo levando em consideração esse adicional de resfriamento, o AQFP ainda é cerca de 80 vezes mais eficiente em termos de energia quando comparado aos dispositivos eletrônicos semicondutores de última geração encontrados em chips de computador de alto desempenho disponíveis atualmente," anunciou Ayala.

Agora que a equipe provou o conceito dessa arquitetura de processador supercondutor, eles planejam otimizar o chip e determinar sua escalabilidade e a velocidade de processamento que pode ser alcançada com ele.

E, além de construir microprocessadores, a equipe está interessada em examinar como os AQFPs podem ajudar em outras plataformas de computação, como na computação neuromórfica para inteligência artificial e na computação quântica.
Bibliografia:

Artigo: MANA: A Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture Microprocessor Using 1.4-zJ/op Unshunted Superconductor Josephson Junction Devices
Autores: Christopher L. Ayala, Tomoyuki Tanaka, Ro Saito, Mai Nozoe, Naoki Takeuchi
Revista: IEEE Journal of Solid-State Circuits
DOI: 10.1109/JSSC.2020.3041338

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Primeiro processador supercondutor tem eficiência energética extrema

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/12/2020 Parametron Pesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama, no Japão, desenvolveram um microprocessador usando componentes supercondutores, que se mostraram cerca de 80 vezes mais eficientes em termos de energia do que os componentes semicondutores de última geração usados nos microprocessadores mais modernos.

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/11/2020
Lógica sobre memória
Um engenheiro brasileiro, atualmente trabalhando na Suíça, liderou uma equipe que desenvolveu um processador de computador que combina duas funções - operações lógicas e armazenamento de dados - em uma única arquitetura.

É um grande avanço para a eletrônica e para a informática, uma vez que a união de computação e armazenamento no mesmo chip - também conhecida como "arquitetura lógica-sobre-memória" - dispensa a troca de dados entre processador e memória, tornando os computadores mais rápidos e com menor consumo de eletricidade.

Essa junção também era longamente esperada por seu potencial impacto no processamento de algoritmos de inteligência artificial.

O avanço histórico foi liderado por Guilherme Migliato Marega, engenheiro eletricista formado pela USP (Universidade de São Paulo), que atualmente trabalha na Escola Politécnica Federal de Lausanne.
Molibdenita
Para quem duvidava que o grafeno estava sendo deixado para trás na corrida rumo a uma era pós-silício, o novo chip é feito de um outro material monocristalino (2D), a molibdenita (MoS ₂).

A molibdenita, um material que consiste em uma única camada com três átomos de espessura, é um excelente semicondutor e já é o componente mais pesquisado no campo da fotônica (processadores que funcionam com luz em vez de eletricidade) e da spintrônica (uma espécie de meio caminho entre a eletrônica e a computação quântica).
Processador e memória juntos
O novo processador lógica-sobre-memória é feito com transistores de efeito de campo (FET) de portas flutuantes (FGFETs).

A vantagem desses transistores é que eles podem reter cargas elétricas por longos períodos - é por isso que eles são usados em memórias flash para câmeras, celulares e computadores.

E as propriedades elétricas exclusivas da molibdenita tornam este semicondutor particularmente sensível a cargas armazenadas em FGFETs, o que permitiu a criação de circuitos que funcionam tanto como células de armazenamento de memória quanto como transistores programáveis.

Ao usar a molibdenita, a equipe conseguiu incorporar várias funções de processamento em um único circuito com memória e alterar ambos conforme desejado.

"Essa capacidade dos circuitos de realizar duas funções é semelhante à forma como o cérebro humano funciona, onde os neurônios estão envolvidos tanto no armazenamento de memórias quanto na realização de cálculos mentais," comparou o professor Andras Kis, coordenador da equipe.

"O projeto do nosso circuito tem várias vantagens: Ele pode reduzir a perda de energia associada à transferência de dados entre unidades de memória e processadores, diminuir a quantidade de tempo necessária para operações de computação e diminuir a quantidade de espaço necessária. Isso abre as portas para dispositivos menores, mais potentes e com maior eficiência energética," acrescentou Kis.

Embora ainda seja um protótipo, a equipe está entusiasmada com a capacidade de levar a nova arquitetura rumo aos aparelhos eletrônicos e computadores vendidos no mercado: " Fizemos nosso primeiro chip há dez anos à mão. Mas, desde então, desenvolvemos um processo de fabricação avançado que nos permite fazer 80 ou mais chips em uma única rodada, com propriedades bem controladas," disse Kis.
Bibliografia:

Artigo: Logic-in-memory based on an atomically thin semiconductor
Autores: Guilherme Migliato Marega, Yanfei Zhao, Ahmet Avsar, Zhenyu Wang, Mukesh Tripathi, Aleksandra Radenovic, Andras Kis
Revista: Nature
Vol.: 587, pages 72-77
DOI: 10.1038/s41586-020-2861-0

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Processador revolucionário reúne cálculo e memória no mesmo chip

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/11/2020 Lógica sobre memória Um engenheiro brasileiro, atualmente trabalhando na Suíça, liderou uma equipe que desenvolveu um processador de computador que combina duas funções - operações lógicas e armazenamento de dados - em uma única arquitetura.

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Algumas partes importantes do computador

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Algumas partes importantes do computador

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Só nesse ano, segundo o site Worldometers, já estão em circulação mais de 230 milhões de computadores pelo mundo. A popularidade dessas máquinas é inegável, mas você sabe quais são as partes principais de um computador?

Conhecimento sobre computador e seu funcionamento pode trazer vantagens incríveis. Por exemplo, ser capaz de fazer manutenções e melhorar -muito- o desempenho de sua máquina! Suas partes mais conhecidas são monitor (tela), gabinete, mouse e teclado, além dos outros componentes que você pode usar, como microfones e caixas de som. Mas é no gabinete, a estrutura de plástico ou metal, que fica o "cérebro", as partes principais do computador. A seguir, alguns dos componentes mais importantes de uma máquina:

Processador

Também chamado de CPU, que significa Unidade Central de Processamento, é conhecido como o cérebro do computador. Ele é uma das unidades de processamento, mas é a mais importante delas, sendo responsável por rodar programas, fazer cálculos e outras ações. Geralmente, a CPU tem forma quadrada, e é composta por um chip pequeno que interage com outros componentes do computador e afeta bastante no desempenho da máquina.

Computadores rodam por instruções, como receitas de bolo , que são captadas, interpretadas e executadas pelo processador. No início, ele só tinha um núcleo, o que significava que ele só podia executar uma instrução por vez. Isso atrasava bastante a máquina, então fabricantes começaram a adicionar mais núcleos para o processador, e agora instruções podem ser executadas ao mesmo tempo! Metaforicamente, ao invés de limpar a casa sozinho, duas pessoas podem trabalhar juntas (enquanto uma varre a sala, outra pode lavar a louça, por exemplo).

Desse modo, para gamers, fotógrafos, ou pessoas que precisam de um computador poderoso, é muito importante que o processador seja rápido e potente.

HD do computador

Também chamado de disco rígido, ele tem a ú função de armazenar arquivos, programas, sistema operacional e tudo que for necessário para o computador. O HD é uma memória não volátil, o que significa que os dados guardados por ela ainda estarão lá quando você desligar sua máquina!

O nome "disco rígido" é dado por ter um ou mais discos firmes, feitos de alumínio ou vidro, em que ficam todas as informações guardadas. O HD possui um braço mecânico de alumínio, que se move por impulsos magnéticos e assim, escreve linhas de informações em camadas magnéticas aplicadas ao disco, chamadas platters.

O HD também influencia no desempenho da máquina, pois mantêm informações que são necessárias para o funcionamento dela ou da CPU.Para medir o desempenho do disco rígido, existem dois cálculos: o da taxa de transferência de dados (quanta informação por segundo o HD pode entregar ao processador) e o de tempo de busca (quanto tempo o HD leva para entregar uma informação desde o pedido dela).

Fora isso, no mercado existem os HDs externos e SSDs, sendo o primeiro uma mistura entre o HD do computador e pen drives (você pode levar onde quiser e possuem bem mais espaço de armazenamento que um pen drive) e o segundo uma versão mais atual de HD, com uma estrutura diferente e mais vantagens, mas também mais caro.

Placa de vídeo do computador

Placa de vídeo, ou "Video Board" em inglês, é o que permite que o computador mande informações gráficas para o monitor, ou seja, é graças a essa placa que podemos ver as imagens, jogos, programas, vídeos e tudo mais que abrimos pelo computador. Assim como os processadores, é preciso achar um modelo dentre os vários existentes para melhor atender as necessidades do comprador.

Existem placas muito potentes no mercado, para jogos pesados e edições de vídeo por exemplo, assim como mais simples, para tarefas rotineiras. Elas tem formato retangular e possuem uma memória própria, que determina a quantidade de elementos gráficos que aparecerão na tela.

Assim como os computadores, os celulares, laptops e tablets possuem placas de vídeo, com a grande diferença de tamanho e, na sua grande maioria, elas não serem substituíveis.

Placa mãe

A placa mãe, em inglês "Motherboard", é um componente que liga todas as outras peças, permitindo que elas se comuniquem. É nessa placa que os componentes anteriores estão. A placa possui várias portas e espaços para diversos tipos deles, o que possibilita a transmissão entre o HD e o processador.

Os celulares, tablets e outros pequenos dispositivos possuem placa mãe, mas elas são comumente chamadas de placas lógicas. Ao contrários das placas nos computadores, os componentes delas são soldadas diretamente na placa, o que significa que não tem espaços para melhorias como nos computadores.

Cooler do computador

Também conhecido como refrigerador, os coolers são responsáveis por resfriar os componentes da máquina. E isso é extremamente importante, já que eles geram calor e quanto maior essa carga de trabalho, maiores as chances deles danificarem sem um resfriamento adequado.

No mercado, existem vários tipos de coolers, como os mais básicos que resfriam à base de ar e os "water coolers" que são à base de água. Entre esses dois, os coolers à base d'água são mais eficazes e complexos, portanto, mais caros.

As máquinas costumam conter pelo menos dois coolers, onde um serve para resfriar o processador e outro para remover o calor da fonte de alimentação. Outras ainda contam com diversos deles! Então, não esqueça que quanto mais poder a sua máquina tem, maior o calor que ela gerará!

Agora que você aprendeu um pouquinho, que tal se aventurar e melhorar o desempenho do seu computador, atualizando algumas peças?

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Quais São As Partes Principais De Um Computador?

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Só nesse ano, segundo o site Worldometers, já estão em circulação mais de 230 milhões de computadores pelo mundo. A popularidade dessas máquinas é inegável, mas você sabe quais são as partes principais de um computador? Conhecimento sobre computador e seu funcionamento pode trazer vantagens incríveis.