O processador é, sem dúvida alguma, o componente mais importante de qualquer dispositivo eletrônico. Não importa se estamos falando de um computador desktop, um notebook, um smartphone, uma Smart TV ou uma simples lâmpada inteligente. Todos estes dispositivos precisam de um processador para poderem funcionar.
Nos PCs, os processadores são fabricados por empresas como Intel e AMD. Já nos celulares e outros dispositivos móveis, como tablets e smartwatches, os processadores são feitos por empresas como Qualcomm, MediaTek e Samsung.
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Os processadores de computadores e celulares diferem em vários aspectos, tais como tamanho, capacidade de processamento e na forma como lidam com as informações. A principal diferença, porém, está no tipo de instrução utilizada por cada um. Os processadores de notebooks e desktops usam instruções x86. E os processadores de celulares e outros dispositivos móveis usam tecnologia ARM.
Então, o que muda entre esses tipos? Por que não temos chips x86 em celulares e ARM em PCs convencionais? O que os ARM ainda não fazem? Responderemos a essas e outras perguntas neste artigo. Você vai ver porque as empresas não trocam de segmento, como “menos pode ser mais” e por que essas tecnologias devem continuar coexistindo.
01. Conjunto de instruções CISC x RISC
A primeira diferença entre os processadores x86 e os ARM está no conjunto de instruções. Os chips x86 usam as instruções CISC. Já os chips ARM usam as instruções RISC. Mas qual a diferença entre elas? Vamos entender em detalhes.
CISC – Complex Instrucion Set Computers
CISC (Complex Instruction Set Computer) é uma arquitetura de processador com muitas instruções complexas e específicas. Processadores CISC, como o x86, fazem mais tarefas com menos código. Por exemplo, enquanto um RISC precisa de várias instruções para uma ação, o CISC pode usar só uma.
As instruções CISC são complexas e fazem várias operações de baixo nível ao mesmo tempo, como acessar memória, calcular e processar uma unidade lógica. Mas elas podem demorar vários ciclos de clock para terminar. No geral, CISC leva a processadores rápidos, mas que usam mais energia.
Para simplificar, para usar qualquer tipo de computador, desde PCs gamers até Smart TVs, o sistema operacional e outros programas precisam conversar com a CPU. Para isso, os processadores têm um conjunto de ações que podem realizar, chamadas de conjunto de instruções.
Quando as CPUs x86 chegaram através da Intel em 1978, todos os processadores dessa arquitetura usavam os mesmos conjuntos de instruções complexos (CISC) para se comunicar com o hardware e software. As instruções mais detalhadas permitiram criar controladores separados para cada parte do PC, como o armazenamento, som e placa de vídeo, que precisam de mais clocks da CPU para funcionar.
Isso tornou possível a criação de computadores modulares, permitindo atualizações específicas e fazendo os computadores durarem mais. É por causa da arquitetura CISC que é possível trocar só uma placa de vídeo ou aumentar a quantidade de memória. Até hoje, as CPUs modernas conseguem rodar os mesmos programas dos primeiros x86. Elas usam máquinas virtuais para imitar os hardwares antigos, mas, no fundo, usam os mesmos tipos de comandos.
RISC – Reduced Instruction Set Computer
Como você pode perceber pelo nome, as instruções RISC (Reduced Instruction Set Computer) é uma arquitetura de processador que usa poucas instruções simples e bem otimizadas.
Arquiteturas RISC, como a Arm, são feitas para fazer mais tarefas em menos tempo. Por isso, programas feitos para RISC costumam ter mais linhas de código em linguagem de programação de baixo nível, tipo Assembly.
As instruções no RISC são simples, então dá para carregar elas rápido na memória e rodar de um jeito previsível. O plano do RISC é rodar cada instrução num único ciclo de clock. Lembra que as instruções em CISC demoram vários ciclos de clock? No RISC, por serem mais simples, elas são executadas mais rapidamente.
Normalmente, os processadores RISC são mais econômicos em energia, mas não são tão bons para tarefas complexas. Embora isso esteja mudando com o tempo.
02. Consumo de energia e TDP
A segunda diferença entre os processadores x86 e ARM estão no consumo de energia e no TDP (Thermal Design Power), que se traduz na prática pela geração de calor.
Arquiteturas RISC são geralmente mais eficientes em consumo de energia que as CISC. Isso ocorre porque suas operações usam menos energia em cada ciclo de clock. Como o RISC usa instruções mais simples, dá para fazer chips que gastam menos energia.
Esse tipo de instrução é melhor para aparelhos pequenos que usam bateria, como celulares e tablets. Mas existem CPUs de servidores com RISC. Nesse caso, os chips têm funções extras para serem melhores em certas tarefas.
Como já falamos, os processadores x86 foram feitos para trabalhar com hardwares mais antigos. Eles usam conjuntos de instruções que ajudam a melhorar como os computadores pessoais funcionam. Essas CPUs conseguem lidar com tarefas bem difíceis porque passam trabalhos pesados para outras partes do computador que têm controladores só para isso.
Mas o grande problema dessa arquitetura é que ela gasta muita energia, especialmente porque faz coisas intensas. Quando vários hardwares trabalham duro ao mesmo tempo, o consumo de energia do sistema inteiro também sobe.
Com isso você pode imaginar que a geração de calor, que tecnicamente chamamos de TDP, também sobe. Processadores CISC geram mais calor e, por isso, precisam de ventoinhas e sistemas de refrigeração mais robustos. Processadores RISC não esquentam tanto e, por isso, não exigem o uso de ventoinhas. Uma curiosidade é que a Intel já fez processadores Atom x86 para smartphones Android, mas não se popularizou.
03. Placas com conectores vs. SoC
Outra diferença significativa entre os dois tipos de processadores é que os x86 permitem a inclusão de novas peças de hardware. Já os chips ARM trabalham no esquema de SoC (System-on-a-Chip) e, portanto, não aceitam upgrades. Nós já fizemos um artigo bem detalhado explicando o que é SoC, caso queira saber mais:
Processadores ARM precisam de truques para rodar os mesmos programas que máquinas x86 usam. Isso porque eles não foram projetados para trabalhar com as placas-mãe atuais, que têm conectores específicos e peças próprias para cada parte do computador.
Por isso, os aparelhos da Apple com o chip M1, que é um tipo de ARM, não deixam você aumentar a memória ou o espaço de armazenamento depois que compra. Tudo já vem colado na placa principal, sem jeito de adicionar mais.
Os processadores x86 falam com várias peças separadas no computador, então eles usam o conjunto de instruções CISC. Já os ARM têm tudo junto num só lugar e por isso usam instruções mais simples.
04. Arquiteturas diferentes
Tanto os processadores x86 quanto os ARM possuem um leque de arquiteturas diferentes. Algumas mais populares outras quase não são conhecidas. Os processadores CISC podem ter as seguintes arquiteturas:
- x86: Criada pela Intel em 1978, a arquitetura x86 começou com o Intel 8086 e evoluiu para suportar 32 e 64 bits. Predominante em PCs domésticos.
- x86-64: Desenvolvida pela AMD em 1999, essa extensão da x86 suporta 64 bits, aumentando desempenho e memória, mas mantendo compatibilidade. A Intel adota o nome Intel 64.
- IA-64 (Itanium): Parceria entre HP e Intel em 2001, focada em servidores de alta performance e baseada em EPIC. Sua incompatibilidade com x86 limitou sua adoção em PCs.
- IBM Z: Arquitetura robusta da IBM para mainframes, destacando-se pela alta confiabilidade e disponibilidade contínua, simbolizada pelo “zero downtime”.
- System/360: Introduzida pela IBM em 1964, essa linha atendeu vários propósitos e ainda hoje é compatível com a arquitetura IBM Z.
- Motorola 68000: Lançada pela Motorola em 1979, foi utilizada em dispositivos como o primeiro Apple Macintosh e o Sega Mega Drive.
Já os processadores RISC, por sua vez, trabalham com outras arquiteturas, a saber:
- Arm: Fundada em 1983 pela Acorn Computers, agora pertence à Arm Ltd. É a mais popular em smartphones e dispositivos vestíveis, conhecida por sua eficiência energética e versatilidade.
- RISC-V: Originou-se em 2010 na Universidade da Califórnia, Berkeley. Arquitetura aberta sem taxas de licença, aplicada desde microcontroladores até supercomputadores.
- PowerPC: Criado em 1991 pela colaboração AIM (Apple, IBM, Motorola). Utilizado inicialmente nos Macs, migrou para sistemas embutidos e consoles como Xbox 360 e Nintendo Wii.
- MIPS: Desenvolvido em 1985 pela MIPS Technologies. Presente em jogos, roteadores e sistemas embarcados, notável por sua eficiência e flexibilidade no design.
- SPARC: Lançado em 1987 pela Sun Microsystems. Empregado em servidores e estações de trabalho com capacidade de expansão significativa.
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