CONHECENDO OS PROCESSADORES

O processador é o principal componente de um computador, mas que para termos um micro funcional precisamos também de memória RAM (para armazenar os dados que estão sendo processados), um disco rígido (para armazenar os programas e arquivos), placa de vídeo e monitor (para criar um meio de comunicação com o usuário), e finalmente da placa mãe, que contém os componentes que permitem ao processador comunicar-se com todos estes periféricos.
Caso apenas um desses componentes ofereça uma performance baixa, o desempenho do micro ficará seriamente prejudicado, independentemente de quão rápido seja o processador. Não adianta colocar um motor de Ferrari em um Fusca. Um mero K6-2 ou Pentium MMX com bastante memória RAM, um HD Rápido e uma boa placa de vídeo, pode até mesmo bater em performance um Pentium III com um conjunto fraco.
Esta é o tópico mais longo, afinal, além de serem os principais componentes dos PCs modernos, os processadores são os que mais evoluíram ao longo do tempo. Para facilitar, este tópico será dividido em duas partes.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Existem no mercado diversos processadores, cada um com recursos e preços diferentes. Determinar qual processador é a melhor opção de compra em cada caso, é uma tarefa difícil, pois um processador que é adequado a uma determinada aplicação, pode ser muito ruim em outra.
Quando vamos comprar um processador, a primeira coisa que perguntamos é qual sua freqüência de operação, ou sua velocidade, medida mais usadas atualmente é em Megahertz (MHz) ou milhões de ciclos por segundo, atualmente chegando a freqüências medidas em Gigahertz (GHz) ou bilhões de ciclos por segundo. Acontece, que nem sempre um processador com uma velocidade de operação mais alta é mais rápido do que outro que opera a uma freqüência um pouco mais baixa: a freqüência de operação de um processador indica apenas quantas operações são executadas por segundo, o que ele é capaz de fazer em cada operação já é outra história.
Imagine um processador 486 de 100 MHz, ao lado de um Pentium também de 100 MHz. Apesar da freqüência de operação ser a mesma, o 486 perderia feio em desempenho. Na prática, o Pentium seria pelo menos 2 vezes mais rápido. Isto acontece devido à diferenças na arquitetura dos processadores e também no co-processador aritmético e cache.

CO-PROCESSADOR ARITMÉTICO
 
Todos os processadores da família x86, usada em micros PC, são basicamente processadores de números inteiros. Muitos aplicativos, porém, precisam utilizar números fracionários, assim como funções matemáticas complexas, como Seno, Coseno, Tangente, etc., para realizar suas tarefas. Este é o caso dos programas de CAD, planilhas, jogos com gráficos tridimensionais e de processamento de imagens em geral. É possível emular via software estas funções matemáticas complexas, através da combinação de várias instruções simples, porém com uma baixa performance.
A função do co-processador aritmético é justamente auxiliar o processador principal no cálculo destas funções complexas. Como o co-processador possui instruções específicas para executar este tipo de cálculo, ele é em média de 30 a 50 vezes mais rápido do que o processador principal executando o mesmo tipo de cálculo via emulação, sendo um componente essencial atualmente.
Até o 386, o co-processador era apenas um acessório que podia ser comprado à parte e instalado no soquete apropriado da placa mãe, sendo que cada modelo de processador possuía um modelo equivalente de co-processador: O problema nesta estratégia é que como poucos usuários equipavam seus micros com co-processadores aritméticos, a produção destes chips era baixa, e conseqüentemente os preços eram altíssimos, chegando ao ponto de em alguns casos o co-processador custar mais caro que o processador principal. Com o aumento do número de aplicativos que necessitavam do co-processador, sua incorporação ao processador principal a partir do 486 foi um passo natural. Com isso resolveu-se também o problema do custo de produção dos co-processadores, barateando o conjunto.

MEMÓRIA CACHE
 
Enquanto os processadores tornaram-se mais de 10.000 vezes mais rápidos desde o 8088 (o processador usado no XT) a memória RAM, sua principal ferramenta de trabalho.
Quando foram lançados os processadores 386, percebeu-se que as memórias não eram mais capazes de acompanhar o processador em velocidade, fazendo com que muitas vezes ele tivesse que ficar “esperando” os dados serem liberados pela memória RAM para poder concluir suas tarefas, perdendo muito em desempenho.Se na época do 386 a velocidade das memórias já era um fator limitante, imagine o quanto este problema não atrapalharia o desempenho dos processadores que temos atualmente. Para solucionar este problema, começou a ser usada a memória cache, um tipo ultra-rápido de memória, que serve para armazenar os dados mais freqüentemente usados pelo processador, evitando na maioria das vezes que ele tenha que recorrer à comparativamente lenta memória RAM. Sem ela, o desempenho do sistema ficará limitado à velocidade da memória podendo cair em mais de 95%. Usamos dois tipos de cache, chamados de cache primário, ou cache L1 (level 1), e cache secundário, ou cache L2 (level 2).
O cache primário é embutido no próprio processador, e é rápido o bastante para acompanhá-lo em velocidade. Sempre que um novo processador é desenvolvido, é preciso desenvolver também um tipo mais rápido de memória cache para acompanhá-lo. Como este tipo de memória é extremamente caro (chega a ser algumas milhares de vezes mais cara que a memória RAM convencional) usamos apenas uma pequena quantidade dela. O 486 traz apenas 8 KB, o Pentium traz 16 KB, enquanto o Pentium III traz 32 KB e os processadores quanto mais avançados mais cachê trazem junto ao processador.
Para complementar, usamos também um tipo um pouco mais lento de memória cache na forma do cache secundário. Por ser muito mais barato, podemos usar uma quantidade muito maior. Nos micros antigos o cache L2 fazia parte da placa mãe, mas em praticamente todos os processadores atuais, incluindo o Athlon, Pentium II, III, Celeron, Duron, Pentium 4, etc. o cache L2 também é embutido dentro do processador.
Sempre que o processador precisar ler dados, os procurará primeiro no cache L1. Caso o dado seja encontrado, o processador não perderá tempo, já que o cache primário funciona na mesma freqüência que ele. Caso o dado não esteja no cache L1, então o próximo a ser indagado será o cache L2. Encontrando o dado no cache secundário, o processador já perderá algum tempo, mas não tanto quanto perderia caso precisasse acessar a memória RAM. Por outro lado, caso o dado não esteja em nenhum dos dois caches, não restará outra saída senão perder vários ciclos de processamento esperando o dado ser fornecido pela lenta memória RAM.
Para exemplificar, imagine que você estivesse escrevendo um texto e derrepente precisasse de uma informação que você havia anotado em um papel. Se o papel estivesse sobre sua mesa, você poderia lê-lo sem perder tempo. Se estivesse dentro de uma gaveta da sua mesa, já seria necessário algum tempo para encontrá-lo enquanto se ele estivesse perdido em algum lugar de um enorme fichário do outro lado da sala, seria preciso um tempo enorme.