UNIDADE 14 - Microprocessador genérico

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Microprocessador genérico
APRESENTAÇÃO
Seja bem-vindo! 
Os microprocessadores são utilizados com a finalidade de processar dados gerando resultados 
conforme instruções inseridas. Estes dispositivos tornaram os computadores antigos, que 
ocupavam muitas vezes várias salas de um edifício, menores e muito mais eficientes, pois o 
chaveamento dos transistores semicondutores chega a frequências que reles eletromecânicos não 
podem alcançar.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você conhecerá um pouco do histórico dos 
microprocessadores, suas aplicações, seu funcionamento e sua arquitetura básica.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Reconhecer a aplicação do microprocessador.•
Identificar a arquitetura básica do microprocessador.•
Descrever os passos da operação das instruções do microprocessador.•
DESAFIO
Com os avanços tecnológicos as empresas buscam aproveitar as novas tecnologias para 
manterem-se atualizadas, melhorando seus rendimentos e suas posições no mercado.
Veja como você pode fazer parte desses processos.
 
Justifique qual dos dois dispositivos, microprocessador ou microcontrolador, é ideal para essa 
aplicação. 
INFOGRÁFICO
Microprocessadores constituem a unidade central de processamento dos computadores onde 
são realizadas todas as instruções necessárias para o funcionamento de softwares e sistemas. 
Este componente é formado por três unidades básicas: unidade de controle, registradores e 
unidade lógica aritmética.
Neste Infográfico, você verá mais detalhes sobre elas.
CONTEÚDO DO LIVRO
Os microprocessadores são utilizados no processamento de dados de modo a gerar resultados 
conforme as instruções inseridas. Com esses dispositivos foi possível reduzir significativamente 
o tamanho dos computadores. 
Veja no capítulo Microprocessador genérico, do livro Sistemas digitais, o histórico dos 
microprocessadores, sua evolução, sua arquitetura básica e seu ciclo de operação.
Boa leitura.
SISTEMAS 
DIGITAIS 
Diogo Braga da Costa Souza
Microprocessador genérico
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
� Reconhecer a aplicação do microprocessador.
� Identificar a arquitetura básica do microprocessador.
� Descrever os passos da operação das instruções do microprocessador.
Introdução
Microprocessadores são utilizados para processar dados gerando resul-
tados conforme as instruções inseridas. Esses dispositivos tornaram os 
computadores antigos, que ocupavam muitas vezes várias salas de um 
edifício, menores e muito mais eficientes.
Neste capítulo, você vai conhecer um pouco do histórico dos micropro-
cessadores, suas aplicações, seu funcionamento e sua arquitetura básica.
Microprocessadores
As primeiras máquinas de computação processavam informações por meio de 
chaveamento de relés e válvulas eletromecânicas. Isso tornava as máquinas 
extremamente grandes, além de lentas, devido à velocidade de operação dos 
componentes utilizados. A utilização de microprocessadores iniciou na década 
de 1970. Nesse período, a Intel Corporation® lançou no mercado o modelo 4004, 
que recebeu a denominação de “microprocessador” devido ao seu tamanho 
físico em relação aos sistemas de computação anteriores. A Figura 1 demonstra 
a evolução dos microprocessadores da Intel® desde o primeiro até o processador 
Core™2 Duo.
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Microprocessador genérico2
O aumento do poder de processamento dos microprocessadores se dá 
devido à inserção de mais componentes de chaveamento internos, capazes 
de realizar mais operações binárias por unidade de tempo, sendo que os 
microprocessadores utilizam transistores com essa finalidade. O primeiro 
microprocessador da Intel® possuía em torno de 2.300 transistores, já os 
processadores Pentium 4 possuíam cerca de 100 milhões de transistores, 
como você pode ver na Figura 2. Os processadores da Core™ i7 modelo 
6950X chegam a possuir 4,7 bilhões de transistores.
Figura 2. Análise do desempenho de processadores.
Fonte: Lei de Moore (2018).
Microprocessadores são componentes capazes do processar informação 
de um dispositivo de controle ou computação. Esses componentes são 
responsáveis por executar instruções conforme um programa de usuário a 
fim de atender aos requisitos necessários de funcionamento. Esses disposi-
tivos possuem utilização geral, sendo sua aplicação genérica. É necessária 
3Microprocessador genérico
apenas a observância de requisitos de processamento, mas, em relação 
à aplicação, esse componente pode ser encontrado em qualquer tipo de 
controle e computação.
Em seu cotidiano, você se depara com várias aplicações de microproces-
sadores, como smartphones, computadores, eletrodomésticos, controle de 
tráfego de trânsito e outras aplicações. Os microprocessadores possibilitam 
certo nível de autonomia aos sistemas, de forma que não haja a necessidade de 
intervenção humana para que os sistemas funcionem em casos de automação. 
Além disso, eles possibilitam acessibilidade aos usuários, se tratando de 
dispositivos de acesso.
As aplicações em sistemas computadorizados vêm exigindo dos processadores um 
poder cada vez mais alto de processamento de informação, tornando necessário 
o desenvolvimento de novas tecnologias. Em 2017, a Intel® lançou no mercado o 
processador Core™ i9, que, em algumas de suas versões, possibilita um maior XXX 
que os processadores Core™ i7.
Arquitetura de microprocessador
Computadores são constituídos de vários componentes que, juntos, possibilitam 
o processamento das informações requeridas. Nesse contexto, o micropro-
cessador é o “cérebro”, ou seja, é a principal parte de um microcomputador. 
O microprocessador é o componente que processa os dados de acordo com as 
instruções, que, por sua vez, determinam quais serão as operações realizadas. 
De acordo com o esquema da Figura 3, um computador é formado por três 
elementos globais, sendo que a função de CPU (unidade central de processa-
mento) é exercida pelo microprocessador.
Microprocessador genérico4
Figura 3. O computador é formado por três elementos globais.
Fonte: Adaptada de Stallings (2017).
O microcontrolador possui três unidades básicas: Unidade Lógica Arit-
mética (ULA), unidade de controle e registradores (Figura 4). Essas unidades 
desempenham funções essenciais para o funcionamento do processador. A 
unidade de controle retira a instrução da memória e a interpreta para inseri-la na 
unidade lógica aritmética, que, com o auxílio das memórias dos registradores, 
executa as operações referentes às instruções.
5Microprocessador genérico
Figura 4. Unidades essenciais para o funcionamento.
Fonte: Microprocessadores [(200-?)].
 � Unidade lógica aritmética: implementa funções lógicas (NOT, AND, OR, 
XOR) e aritméticas (soma, subtração, multiplicação e divisão) nos dados 
de entrada conforme instruções enviadas pela unidade de controle. Além 
disso, guarda as respostas de processamento comumente no acumulador.
 � Unidade de controle: determina qual instrução será realizada pela ULA 
e a interpreta para o processamento. Essa unidade possui as funções 
de sincronismo do processador por meio de circuito de temporização, 
controle da sequência de instruções e decodificação dessas instruções.
 � Registradores: são memórias de acesso rápido que se localizam dentro 
do microprocessador. São destinadas ao armazenamento de dados e 
instruções. Existem registradores de acesso geral, que permitem ope-
rações de movimentação de dados e operações lógicas e aritméticas, e 
registradores específicos, denominados especiais:
 ■ acumulador — o principal registrador de um microprocessador, sendo 
ele a memória que armazena os dados para operação da ULA e dos 
resultados de processamento;
Microprocessador genérico6
 ■ flags — armazenam situações de estados de estouro de capacidade 
emoperações aritméticas e resultados nulos, por exemplo;
 ■ contador de programa — determina a posição de memória em que 
se localiza a próxima instrução a ser operada. Essa informação é 
inserida na unidade de controle para que a unidade possa buscá-la 
e decodificá-la para a ULA;
 ■ ponteiro de pilha — armazena a posição da última memória da 
pilha a ser utilizada para que, quando haja necessidade do arma-
zenamento de um próximo dado, este seja destinado à próxima 
memória disponível e não apague o dado de outras memórias da 
pilha já ocupadas.
 � Barramentos internos: são eles que interligam as unidades do microcon-
trolador, criando uma via de comunicação entre elas. Os barramentos 
são divididos em vias de dados, de endereços e de controle.
Para saber mais sobre a arquitetura dos controladores e dos computadores, leia os 
capítulos 8, 9, 10, 11 e 12 do livro Arquitetura e organização de computadores, de Stallings 
(2017).
Passos de operações
A execução de operações pela ULA segue um fluxo determinado pelas unidades 
de auxílio de processamento:
 � as microinstruções programadas pelo usuário são descarregadas na 
memória externa à CPU;
 � a unidade de controle decodifica e carrega as instruções na ULA por 
meio do registrador referente a essa função;
 � os dados dos periféricos de entrada que serão operados de acordo 
com a microinstrução são inseridos em registradores e carregados no 
acumulador para a operação da ULA;
 � a ULA combina os dados de entrada com as instruções para que haja 
o respectivo processamento e atualiza o registrador acumulador com 
o valor de resposta do processamento.
7Microprocessador genérico
Como exemplo, para que haja a subtração entre os valores 37 e 15, você deve:
 � converter os dois valores para binário (operação de máquina)
 ■ 37 – 00100101
 ■ 15 – 00001111
O primeiro sinal estará no acumulador, e o segundo pode ser uma constante 
ou pode estar armazenado em outro registrador diferente:
 � realizar a operação de subtração, bit por bit
 ■ 00100101 – 00001111 = 00010110
O resultado da operação é enviado ao acumulador, que substitui o valor de 
entrada pelo valor do resultado da operação. Operações de armazenamento e 
de ciclo são necessárias para que o resultado seja armazenado no seu devido 
espaço de memória após a operação.
Para mais exemplos de operações aritméticas realizadas em unidades lógicas pro-
gramáveis e suas peculiaridades, leia o capítulo 8 do livro Arquitetura e organização de 
computadores, de Stallings (2017).
Microprocessador genérico8
HISTÓRIA do processador. História da informática, 2011. Disponível em: <https://
historiacomputadoresl.webnode.pt/servi%C3%A7os/componentes-essenciais-ao-
-funcionamento-de-um-computador-processador/historia-do-processador/>. Acesso 
em: 12 jun. 2018.
LEI de Moore. In: Wikipédia, 2018. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/
Lei_de_Moore>. Acesso em: 12 jun. 2018.
MICROPROCESSADORES. [200-?]. Disponível em: <http://iris.sel.eesc.usp.br/sel433a/
Micros.pdf>. Acesso em: 12 jun. 2018.
STALLINGS, W. Arquitetura e organização de computadores. 10. ed. São Paulo: Pearson, 
2017.
Leituras recomendadas
FLOYD, T. Sistemas digitais: fundamentos e aplicações. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 
2007. 
TAUB, H. Circuitos digitais e microprocessadores. São Paulo: Makron Books do Brasil, 1984.
TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S.; MOSS, G. L. Sistemas digitais: princípios e aplicações. 11. 
ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011.
TOKHEIM, R. Fundamentos de eletrônica digital: sistemas sequenciais. Porto Alegre: 
McGraw-Hill, 2013. v. 2.
VAHID, F. Sistemas digitais: projeto, otimização e hdls. Porto Alegre: Bookman, 2008.
ZANCO, W. S. Microcontroladores PIC18 com Linguagem C. São Paulo: Érica, 2013.
9Microprocessador genérico
DICA DO PROFESSOR
Os computadores são formados por vários componentes que em 
conjunto processam informações, sendo o microprocessador o componente principal, 
responsável pelo processamento dos dados requeridos de acordo com as instruções.
Na Dica do Professor, você verá aplicações de microprocessadores, sua função em um 
computador e sua arquitetura básica.
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EXERCÍCIOS
1) Com relação à evolução dos microcontroladores, qual pode ser considerada a causa 
do aumento de sua velocidade de operação?
A) A redução das memórias internas no chip dos processadores provoca um menor tempo de 
acesso.
B) A redução de transistores em um mesmo chip, o que possibilita uma maior velocidade das 
operações digitais por ciclo de clock.
C) O aumento de funções no mesmo chip, tendo os mais novos funções de periféricos de 
entrada e saída e memória de massa.
D) A inserção de mais memória de massa no chip dos processadores provoca menor tempo de 
acesso.
E) O aumento de transistores em um mesmo chip, o que possibilita maior quantidade de 
operações digitais por ciclo de clock.
2) Para que haja funcionamento dos microprocessadores são necessárias três unidades 
básicas:
A) unidade de controle, registradores e unidade lógica aritmética.
B) memória RAM, registradores e unidade lógica aritmética.
C) unidade de controle, memória RAM e unidade lógica aritmética.
D) memória ROM, memória RAM e unidade lógica aritmética.
E) unidade de controle, registradores e unidade central de processamento.
3) Os registradores são memórias auxiliares de processamento de acesso rápido que se 
localizam dentro do próprio chip do microprocessador. Entre as alternativas a 
seguir, marque a que contenha somente funções especiais de registradores.
A) Registrador de temporização, registrador de instrução e registrador de entrada e saída.
B) Registrador de saída, registrador de entrada e acumuladores.
C) Registrador de temporização, registrador de entrada e saída e acumuladores.
D) Registrador de temporização, registrador de instrução e acumuladores.
E) Registrador de entrada e saída, registrador de instrução e acumuladores.
4) Para a programação dos microprocessadores, a linguagem de máquina consiste em 
microinstruções que representam as instruções internas da ULA, com isso pode-se 
dizer que:
A) os passos de execução de um microprograma são seguidos de acordo com a sequência 
deste, sendo estas instruções disponibilizadas para a ULA de forma direta por meio das 
memórias RAM conectadas ao dispositivo.
B) os passos de execução de um microprograma são seguidos de acordo com a sequência 
deste, sendo estas instruções disponibilizadas para a ULA de forma direta por meio da 
unidade de controle do próprio dispositivo.
C) os passos de execução de um microprograma são seguidos de acordo com a sequência 
deste, sendo estas instruções disponibilizadas para a ULA de forma direta por meio das 
memórias ROM conectadas ao dispositivo.
D) Os passos de execução de um microprograma são seguidos de acordo com a sequência 
deste, sendo estas instruções gravadas na ULA do microprocessador.
E) Os passos de execução de um microprograma são seguidos de acordo com a sequência 
deste, sendo estas instruções gravadas na unidade de controle do microprocessador.
5) Com relação ao funcionamento da unidade lógica aritmética (ULA), marque a opção 
que melhor a representa.
A) A ULA somente executa as instruções lógicas e aritméticas de execução definidas pela 
unidade de controle.
B) A ULA realiza as instruções lógicas e aritméticas de execução e define as condições de 
execução e de sequenciamento desta execução.
C) A ULA realiza as instruções lógicas e aritméticas e define o clock para sincronismo de 
execução do microprocessador.
A ULA realiza e armazena as instruções lógicas e aritméticas de execução definidas pela D) 
unidade de controle.
E) A ULA armazena as respostas de processamento do processador.
NA PRÁTICA
Para a realização de controle em placas eletrônicas, o componente com melhor custo-benefício 
são os microcontroladores, pois consistem basicamente em um computador em apenas um chip, 
ou seja, apenas um CI possuimemória e periféricos de entrada e saída, sendo necessária 
somente a aplicação de componentes de interface para que o sistema seja aplicado.
João é engenheiro eletricista e foi designado para desenvolver uma placa eletrônica de controle 
de um sistema de alarme predial. Ele e sua equipe levantaram as possibilidades de aplicação de 
vários componentes para o controle deste dispositivo, visando a um melhor custo-benefício, e 
chegaram à seguinte conclusão:
SAIBA +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do 
professor:
Aula 1 - O que são os microcontroladores?
Neste vídeo você verá a descrição dos microcontroladores, seu histórico e sua evolução com a 
aplicação dos transistores semicondutores.
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Como são feitos os microprocessadores - litografia
Veja esta animação da fabricação dos microprocessadores da Intel.
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Curso de microprocessadores - Aula 1 - IDE - Introdução
Neste vídeo, veja uma descrição básica dos microprocessadores, focada na sua programação.
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!