Os processadores modernos para PCs são construídos a partir de bilhões de transistores, pequenos componentes que, individualmente, realizam operações a partir de sinais elétricos, os quais são convertidos para o mundo digital na forma binária de “0” e “1”. Tudo é fabricado em uma escala nanométrica, sendo impossível observar cada uma das partes físicas a olho nu.
O arranjo desses transistores em unidades maiores permite que operações complexas sejam realizadas em uma fração de segundo. Por isso, o processador é a unidade responsável por traduzir cada comando recebido e gerar uma resposta, seja para abrir um aplicativo, reproduzir um vídeo no YouTube ou rodar uma partida de Fortnite (algo feito com o auxílio da GPU, a placa de vídeo).
O processador possui diversas unidades especializadas em seu interior, além de registradores (um tipo de memória extremamente rápido e caro) e outros níveis de memória próprios, como mostraremos a seguir.
De maneira simplificada, o processador recebe uma instrução de um app ou do sistema operacional, realiza um cálculo e emite uma resposta. O processo é dividido em três etapas, que são:

Essas operações são realizadas a partir de um conjunto de instruções pré-definidas, que podem ser matemáticas, de comparação, entre outras.

Cores: a chave para ser multitarefa de verdade

Antigamente, as CPUs eram construídas como uma única unidade física de processamento. Com o passar do tempo, os sistemas operacionais e aplicativos se tornaram cada vez mais complexos, exigindo um volume de operações muito grande, todas executadas ao mesmo tempo.
Para dar conta de tanto trabalho, uma das soluções adotadas pelas fabricantes foi a criação dos processadores e arquiteturas multicore, hoje utilizados em praticamente todos os dispositivos modernos, como smartphones, tablets, notebooks e desktops.
Os cores (núcleos) são unidades menores de processamento. Interconectadas dentro da CPU, elas dividem a carga de trabalho de forma mais eficiente. É comum vermos termos como dual-core (dois núcleos), quad-core (quatro núcleos), octa-core (oito núcleos), entre outros, mesmo para dispositivos móveis.
Muitos dos processadores Intel e AMD mais modernos possuem entre 2 e 10 núcleos de processamento. Modelos voltados ao segmento profissional chegam a ter até 64 núcleos em uma mesma peça, chamada de CPU die, sendo especialmente eficientes em cálculos complexos e tarefas como renderização e decodificação de vídeo. Os jogos mais modernos também vêm recebendo otimizações para fazer o máximo aproveitamento desses cores, entregando alto desempenho e estabilidade para os gamers.

Hyper-threads e SMT

Além da divisão física em cores, muitos processadores também separam a carga de trabalho em unidades lógicas diferentes, as chamadas Threads de processamento. Essa divisão ajuda a otimizar o fluxo de trabalho, geralmente resultando em mais desempenho para o computador. Cada empresa usa um nome diferente para a técnica, como por exemplo Intel Hyper-Threading e AMD SMT (Simultaneous Multi-threading).
De um modo geral, quanto mais núcleos de processamento e threads, mais tarefas o processador pode executar simultaneamente. Contudo, nem sempre isso se traduz em mais desempenho: é necessário que o programa seja otimizado pela fabricante para aproveitar ao máximo o potencial de cada núcleo.
Além disso, outros fatores influenciam no desempenho geral do processador, como veremos a seguir.

Clock: entendendo a frequência da CPU

Outro valor que você encontrará ao pesquisar por processadores para o seu computador é o clock. Medido em Hertz, esse número mostra quantos ciclos por segundo o processador é capaz de realizar. Um processador operando a 2,5 GHz (Gigahertz) completa 2,5 bilhões de ciclos por segundo, por exemplo.
Você deve ficar atento ao fato de que as fabricantes normalmente divulgam dois clocks distintos, que são o clock base e o boost clock. Entenda a diferença:

Normalmente, quanto mais alto o clock, maior tende a ser o desempenho do processador. Mas há vários detalhes importantes que tornam praticamente impossível para as fabricantes simplesmente investir no aumento dessa frequência. Em primeiro lugar, os transistores que formam a CPU possuem limitações físicas que os impedem de aumentar a velocidade a partir de certo ponto (raramente vemos processadores operando acima de 5 GHz).
Além disso, quanto mais alto o clock do processador, mais calor ele gera e mais energia ele tende a consumir. Isso é especialmente ruim quando falamos de dispositivos portáteis, como notebooks, onde a máquina precisa equilibrar desempenho, duração de bateria e temperatura de operação.

Pouco depois, ele ajustou o cálculo dizendo que levaria 24 meses e não 18. Foi assim que nasceu a chamada "Lei de Moore".

Além de afirmar que a capacidade de processamento por computadores aumentaria exponencialmente, Moore previu que, ao mesmo tempo, o custo de fabricação dos componentes envolvidos diminuiria.

O que pode conter o aumento exponencial

A Lei de Moore acertou ao enxergar que os computadores funcionariam mais e mais rapidamente ao longo dos anos. No entanto, essa progressão tem um limite.

Os transistores (componentes eletrônicos que fazem parte dos circuitos dos microprocessadores e amplificam os sinais elétricos) se tornaram menores com o passar do tempo, mas chegará um momento em que seu tamanho não poderá continuar diminuindo.

Se forem pequenos demais, não poderão funcionar adequadamente. Os elétrons começariam a pular e a chegar a lugares onde não deveriam.

Por outro lado, se são colocados muitos elétrons para que o computador funcione mais rápido, há o risco de que o chip queime.

Os fabricantes de chips estão há muitos anos cientes destas dificuldades à vista. Tanto que tornou-se tão difícil e caro acompanhar o ritmo da Lei de Moore, que muitas empresas do ramo jogaram a toalha.

Isso não significa, no entanto, que a batalha esteja perdida.

A BBC resumiu algumas inovações tecnológicas que devem resolver o problema.

1. A via quântica
Em vez de usar bits (na computação tradicional, trata-se da unidade que alterna "um" e "zero" em sequências longas), a tecnologia quântica trabalha com blocos chamados qubits, ou bits quânticos. Eles usam as propriedades quase mágicas das partículas subatômicas.

Elétrons ou fótons, por exemplo, podem estar em dois estados ao mesmo tempo - um fenômeno chamado superposição. Como resultado, um computador de qubit pode fazer cálculos muito mais rapidamente que um computador convencional.

Seria como se uma pessoa fosse capaz de percorrer cada um dos vários caminhos de um labirinto muito complexo ao mesmo tempo, como alguns cientistas preferem exemplificar a computação quântica.

Os qubits também podem influenciar uns aos outros, mesmo quando não estão fisicamente conectados, um processo chamado "entrelaçamento". Em termos computacionais, isso lhes dá a capacidade de fazer saltos lógicos que os computadores convencionais jamais conseguiriam.

2. Os processadores de grafeno
Materiais exóticos com potencial para serem usados na eletrônica têm sido progressivamente descobertos.

Um deles é o grafeno, composto por moléculas de carbono e 40 vezes mais resistente que o diamante. Este material é um forte candidato para substituir os chips de silício, porque é ótimo como condutor de eletricidade.

As universidades americanas já fizeram experimentos em que transistores de grafeno trabalharam mil vezes mais rápido que os transistores de silício usados hoje.

Tendo menos resistência elétrica, a velocidade dos processadores de grafeno pode ser aumentada na casa dos milhares e, mesmo assim, usar menos energia do que a tecnologia convencional.

3. O memristor
Trata-se de um componente eletrônico hipotético concebido por Leon Chua, um teórico dos circuitos, no início dos anos 70.

A lógica da proposta? Esse componente gravaria o fluxo de corrente elétrica que circulou, e a resistência se adaptaria a essa memória.

Se organizados da maneira correta, os memristors poderiam substituir os transistores.

E como mais memristors podem ser inseridos em um chip do que os transistores, o computador trabalharia mais rápido e teria mais capacidade de armazenamento com eles.

4. Os chips vivos
Muitos estão trabalhando na construção de computadores inspirados no funcionamento do cérebro.

O projeto Cérebro Humano, por exemplo, é financiado pela União Europeia e dedica-se à pesquisa de novos algoritmos que podem replicar o funcionamento do cérebro.

Mas há alguns que vão ainda mais longe.

É o caso da Koniku, a primeira empresa dedicada ao desenvolvimento de dispositivos eletrônicos usando neurônios de verdade.

Como? Eles modificam o DNA dos neurônios para que tenham certas peculiaridades e que se mantenham vivos por dois anos em um chip.

O objetivo da empresa é criar verdadeiros processadores biológicos que combinariam o poder matemático das máquinas às poderosas capacidades cognitivas do cérebro humano. Na prática, processadores do tipo poderiam ser usados por exemplo para detectar o cheiro de drogas ou explosivos.

Com isso, em casos mais graves, dados e informações pessoais de usuários podem ficar acessíveis. Abaixo, você fica por dentro dos problemas, seus impactos, correções e possíveis consequências.

1. Quem descobriu o problema?
Acadêmicos e especialistas do Project Zero do Google foram os responsáveis pela descoberta dos problemas que receberam os nomes de Meltdown e Spectre. As descobertas foram divulgadas para fabricantes e desenvolvedores de sistemas operacionais ainda em junho e julho de 2017. De lá para cá, um intenso período de desenvolvimento de soluções concentrou os esforços da indústria de semicondutores e de software. As atualizações estavam previstas para chegar em breve, bem como a divulgação da descoberta. No entanto, a divulgação do problema na imprensa acabou frustrando o plano.

2. A falha atinge apenas processadores da Intel?
As primeiras informações sobre falha, batizada de Meltdown, afirmam que apenas unidades da Intel da última década são afetadas, deixando de lado os produtos da AMD. Na última quarta (4), a Intel se defendeu das acusações de que somente seus produtos apresentam problemas. Segundo a fabricante, a exploração da brecha não teria a capacidade de corromper ou apagar dados. Além disso, a Intel sugere que outros fabricantes de processadores também apresentam produtos com os mesmos erros.

Embora a marca não tenha apontado o dedo para ninguém, há informações de que sistemas que usam processadores ARM terão de ser atualizados para corrigir a vulnerabilidade. Já a AMD se defendeu em comunicado oficial e não acredita que seus produtos estejam em risco.

3. O que caracteriza a brecha Meltdown?

Resumidamente, a brecha permite que um software malicioso peça ao processador da Intel para acessar dados protegidos da memória. Dessa forma, uma pessoa mal-intencionada poderia explorar essa via para visualizar blocos de informação e interceptar dados pessoais, como arquivos, dados bancários e até senhas.

O Meltdown atinge todos os processadores da Intel fabricados de 1995 em diante (com exceção dos Itanium). Produtos da AMD não são atingidos por essa vulnerabilidade em virtude de especificidades de design. Mais grave que a Spectre, a Meltdown foi classificada como uma ruptura "do isolamento mais fundamental que existe entre sistema operacional e aplicações", segundo o Google Project Zero.

Mais abstrata e complexa, a Spectre tem ramificações que podem colocar em risco qualquer processador, independente da marca, Intel ou AMD, ou do tipo de arquitetura, se é ARM ou x86. Por meio da vulnerabilidade, softwares maliciosos podem forçar um aplicativo comum a dar acesso a informações protegidas da memória.

Além disso, o problema expõe o próprio meio como sistemas operacionais trabalham com informações e memória há décadas. De acordo com especialistas, a Spectre é muito mais difícil de ser explorada por criminosos, mas também é mais complexa para ser reparada.

Por não se limitar à Intel, a falha tem ramificações que podem atingir smartphones e tablets – com versões de processadores ARM. As correções vão depender de atualizações de sistemas operacionais, mas também de redesenho de aplicações: o Google Chrome, por exemplo, já conta com uma ferramenta para proteger os usuários da Spectre.

De acordo com as conclusões do time de especialistas do Google, a Spectre tende a ser um problema a longo prazo devido ao design de sistemas operacionais.

5. Como a falha Meltdown e Spectre pode afetar o seu PC? Quais são os riscos?
Como a Intel mencionou, um malware que explore as brechas não poderá apagar os seus dados, ou sequestrar seu disco rígido. No entanto, softwares mal-intencionados podem interceptar informações sensíveis, como senhas e dados privados, caso as informações fiquem retidas pelo kernel na memória RAM do seu computador. Essa regra vale para as duas falhas: ambas permitem que um invasor veja dados protegidos na memória, mas não dá poderes para que esses dados sejam modificados em nenhuma forma.

No momento, é improvável que você encontre um vírus que possa tirar proveito dessas vulnerabilidades. Isso porque os detalhes intrínsecos do problema foram mantidos sob sigilo pelos envolvidos para prevenir uma epidemia. Entretanto, todo cuidado é pouco: evite executar arquivos e páginas de Internet suspeitas. Como a falha tende a ser entendida como uma requisição legítima para o kernel, seu antivírus pode não detectar o comportamento malicioso de um vírus.

6. O que devo fazer para resolver o problema?
A única forma de resolver o problema e corrigir o erro é atualizar o seu sistema operacional. Para isso, você deve aguardar os pacotes de atualização e ficar atento aos mecanismos de update.

7. Quais sistemas foram afetados?

Sabe-se que Windows (incluindo versões anteriores), Linux (e todas as suas distribuições) e macOS estão entre as plataformas que devem corrigir a relação entre kernel e memória para impedir que a falha se manifeste. Do lado das plataformas móveis, o Google afirma que aparelhos com as versões atualizadas dos pacotes de segurança do Android estão fora de perigo.

8. Meu computador ficará mais lento após a atualização?
Sim, mas a intensidade do impacto deve variar. Testes mostram que processadores a partir da arquitetura Haswell (ou quarta geração da Intel) em diante são menos afetados por conta de um recurso que filtra os processos em execução pelo sistema operacional. Chips mais antigos, por outro lado, terão performance mais comprometida. Outra variável é o perfil de uso da máquina: usuários domésticos tendem a notar um impacto menos pronunciado.
Alguns desenvolvedores estão usando as prévias do novo kernel do Linux, já com as correções aplicadas, para testar esse impacto. Em alguns casos, as perdas de desempenho atingem 30%, dependendo da aplicação. No momento, estima-se que os mais afetados serão aplicações como virtualização e outros tipos de uso computacionalmente exigentes, associados com o uso em datacenters.

No momento, ainda é incerto como correções para processadores da Intel, em função do bug Meltdown, impactarão nos chips da AMD.

Por mais potente que seja um processador, porém, ele só pode processar uma coisa de cada vez. Não se compara ao cérebro humano, que faz várias coisas ao mesmo tempo.

Unidade de disco rígido (HD)
No disco rígido, ou disco duro, estão armazenadas todas as informações e programas de um computador. Ele é, normalmente, o principal meio de armazenamento de um PC. Arquivos de qualquer formato que forem salvos serão guardados nele.

A denominação HD (hard disk) se dá porque ele tem o formato de um CD onde são gravadas informações a laser. Ele tem uma memória não-volátil, ou seja, os arquivos não são perdidos quando o computador é desligado, sendo considerado o principal meio de armazenamento de dados em massa.

Memória RAM
A memória RAM é usada pelo processador para armazenar os arquivos e programas que estão sendo processados. Ela funciona, por exemplo, como uma mesa de escritório. Quanto maior a mesa, mais objetos você pode colocar em cima dela. A memória é como se fosse essa mesa. Os arquivos que ficam nela são geralmente aqueles que o processador está rodando.

Ela tem a capacidade de armazenar os arquivos temporariamente, e a cada novo processo do computador, um novo arquivo entra na memória RAM. Isso quer dizer que, quanto mais você tiver de memória RAM, mais coisas você poderá fazer ao mesmo tempo.

Placa mãe
É na placa mãe que são conectados todos os componentes do PC. Ela é responsável por interligar o processador com a memória RAM, com o HD, a placa de vídeo etc. Existem vários tipos de placa mãe. Algumas suportam determinadas peças, outras não. Cada uma tem suas características, como o tipo de soquete, o chipset, as formas de conexões, entre outras.

Fonte de alimentação
A fonte de alimentação é simplesmente o objeto responsável por fornecer energia elétrica ao seu computador. Ela converte correntes alternadas em correntes contínuas. Ou seja, quando a energia chega às tomadas em 110 V ou 220 V, ela é transformada em tensões de 5 V e 12 V. Por ser um equipamento que gera uma energia eletromagnética, a fonte fica separada das demais peças para evitar interferências.

Placa de vídeo
A placa de vídeo é responsável por enviar sinais do computador para o monitor, melhorando as imagens. Ela possui memória própria, com sua capacidade sempre medida em Bytes. A placa on board, porém, não tem uma memória dedicada, e por isso acaba utilizando a memória RAM. Este método deixa o seu sistema mais lento. A capacidade dessa placa é limitada.

Já as placas off-board geram imagens e efeitos visuais tridimensionais, e aceleram os bidimensionais, aliviando o trabalho do processador principal e gerando um resultado final melhor e mais rápido. Em games, por exemplo, quanto melhor a placa, mais definições de efeitos serão vistos, e mais rápido o jogo irá rodar. A maioria dos jogos modernos exige placas super potentes.

Gabinete
O gabinete é a “casa” de todas as peças descritas anteriormente. Também chamado de torre, ele possui diversos modelos, depende da necessidade de cada um. Alguns possuem melhor ventilação, fornecem mais espaço, têm um design mais de acordo com o dono etc.