Computador Quântico

Um computador quântico é um dispositivo que executa cálculos fazendo uso direto das propriedades da mecânica quântica.
O principal ganho desses computadores é a possibilidade de resolver em tempo eficiente, alguns problemas que na computação clássica levariam tempo impraticável.
Computadores quânticos são diferentes dos computadores clássicos tais como computadores DNA e computadores baseados em transistores, ainda que estes utilizem alguns efeitos da mecânica quântica.

Estrutura dos computadores quânticos

Em mecânica quântica, é possível que uma partícula esteja em dois ou mais estados ao mesmo tempo. A esta capacidade de estar simultaneamente em vários estados chama-se superposição.
Um computador clássico tem uma memória feita de bits. Cada bit guarda um "1" ou um "0" de informação. Um computador quântico mantém um conjunto de qubits. Um qubit pode conter um "1", um "0" ou uma sobreposição destes. Noutras palavras, pode conter tanto um "1" como um "0" ao mesmo tempo. Um computador quântico pode ser implementado com alguns sistemas com partículas pequenas, desde que obedeçam à natureza descrita pela mecânica quântica.

A  história dos computadores quânticos

1981 - Richard Feynman elaborou a primeira proposta de utilizar um fenômeno quântico para executar rotinas computacionais. Foi numa palestra apresentada na Primeira Conferência de Computação Física no MIT. Ele mostrou que um computador tradicional levaria um tempo extremamente longo para simular um simples experimento de física quântica. Por outro lado, sistemas quânticos simples podem executar enormes quantidades de cálculos num curto espaço de tempo. Poderia ser possível utilizar essa capacidade para se calcular algo útil.

1985 - David Deutsch, na Universidade de Oxford, descreveu o primeiro computador quântico universal. Exatamente como uma Máquina de Turing pode simular outra máquina de Turing eficientemente, um computador quântico universal é capaz de simular o funcionamento de outro computador quântico com complexidade, no máximo, polinomial. Isso fez crescer a esperança de que um dispositivo simples seja capaz de executar muitos algoritmos quânticos diferentes.

1994 - Peter Shor, no Bell Labs da AT&T em Nova Jersey, descobriu um excelente algoritmo. Ele resolve tanto o problema da faturação quanto o problema do logaritmo discreto. O Algoritmo de Shor poderia, em teoria, quebrar muitos dos sistemas criptográficos em uso atualmente. Essa descoberta criou um enorme interesse nos computadores quânticos, até fora da comunidade acadêmica.

1996 - Lov Grover, no Bell Labs, descobriu o algoritmo de pesquisa em bases de dados quânticas. O speedup de raiz quadrada não foi tão dramático quanto o speedup para fatoração, logs discretos, ou simulações físicas. Mas o algoritmo poderia ser aplicado a uma variedade muito maior de problemas. Qualquer problema que tinha que ser resolvido por uma pesquisa de força bruta, aleatória, podia agora ter um speedup de raiz quadrada.

1996(?) - É proposto o primeiro esquema para correção de erro quântico. Isso é uma aproximação a computadores quânticos que podem processar grandes números de qubits por longos períodos de tempo. Erros sempre são introduzidos pelo meio, mas uma forma de correção de erros quânticos pode sobrescrevê-los e corrigi-los. Esta pode ser a chave tecnológica para a produção em larga escala de computadores quânticos que realmente funcionam. Estas propostas adiantadas tiveram um certo número de limitações. Poderiam corrigir alguns erros, mas não erros que ocorrem durante o próprio processo da correção.

1999(?) - No MIT foram construídos os primeiros computadores quânticos baseados em montagem térmica. O computador é , na verdade, uma única molécula pequena, que armazena qubits na rotação (spin) de seus protões e neutrões. Triliões e triliões destas moléculas podem flutuar num copo da água. O copo está colocado num equipamento de ressonância magnética nuclear, similar à imagem por ressonância magnética das máquinas usadas nos hospitais. Este conjunto do room-temperature (' ' thermal ' ') das moléculas (' ' ensemble ' ') tem quantidades maciças de redundância, que permite que mantenha coerência muito melhor do que muitos outros sistemas propostos.

2007 - Empresa Canadense D-Wave afirmou ter desenvolvido um computador híbrido chamado Orion que inclui um processador quântico de 16 qubits mas que também processa bits convencionais. Se confirmado, será a primeira máquina desse tipo capaz de realizar tarefas práticas o que é surpreendente. Alguns especialistas vinham prevendo que demoraria 20 anos para que os computadores quânticos pudessem ser usados na prática. No primeiro semestre de 2008, a empresa pretende chegar a 512 qubits para, em menos de dois anos, atingir 1 quiloqubit. A comunidade científica recebeu o anúncio da empresa com ceticismo, por ela não ter liberado maiores detalhes do processador.

Pipeline

Pipeline, é uma técnica de implementação de processadores que permite a sobreposição temporal de diversas fases de execução de instruções.

O pipeline melhora o desempenho por meio do aumento do throughput das instruções, ou seja, aumenta o número de instruções executadas na unidade de tempo, e não pela diminuição do tempo de execução de uma instrução individual.
Speedup idual, é o número de estágios do pipeline.
Throughput é a quantidade de dados transferidos de um lugar para outro.
Speedup potencial = números de estágios do pipeline.

CPU - Instruções

O conjunto de diferentes instruções que o CPU é capaz de executar é conhecida como o conjunto de instruções do CPU. 

Complex Instruction Set Computer é uma linha de arquitetura de processadores capazes de executar centenas de instruções complexas diferentes.

Reduced Instruction Set Computer é uma linha de arquitetura de processadores que favorece um conjunto simples e pequeno de instruções que levam aproximadamente a mesma quantidade de tempo para serem executadas.

Formato das Instruções

• Um campo (subgrupo de bits) denominado código de operação - C.Op. - cujo valor binário é a identificação (código) da operação a ser realizada, o qual servirá de dado de entrada para o descodificar da área de controle.
• O grupo restante de bits, denominado campo operando - Op. - ou operando, cujo valor binário indica a localização do dado(s) que será(ão) manipulado(s) durante a execução da operação.

Tamanho das Instruções
Instruções com C.Op. de tamanho fixo, as instruções têm um C.Op. com a mesma quantidade de bits.
Instruções com C.Op. de tamanho variável, há a possibilidade de redução de espaço ocupado na MP.

Tipos de Instruções
Processamento de dados: intruções aritméticas e lógicas;
Armazenamento de dados: instruções de memória;
Movimento de dados: instruções de E/S;
Controle: instruções de teste e desvio.

Ciclo de Instrução

CPU - Central Processing Unit

Definição de CPU
O processador é um circuito integrado que executa instruções da máquina, realizando diversos cálculos. O processador é o cérebro do computador, pois todas as tarefas são executadas por ele.

Composição de um CPU

Definição de ULA e a sua função no CPU
Unidade Lógica e Artimética é o dispositivo do processador que executa operações matemáticas com dados. Por exemplo: soma, subtração, multiplicação, divisão, operação lógica AND, OR, XOR, descolamentos à direita e esquerda, entre outros.

Definição de UC e a sua função no CPU
A Unidade de Controla é o dispositivo mais complexo do CPU.
Função:

• A UC controla a transferência de dados e instruções para dentro do CPU;
• Controlar a execução de instruções;
• Controlar a operação da ULA;
• Gerar sinais de controle externos ao processador para comandar a transferência de dados entre o processador e a memória ou módulos de entrada/saída;
• Gerar sinais internos ao processador para mover dados entre registadores;
• Gerar sinais de controle internos ao processador para comandar a ULA na execução de uma determinada função.

Registos utilizados no UC
RI: Tem a função de armazenar a instrução a ser executada pela UCP.
CI: Armazena o endereço da próxima instrução a ser executada.
MBR: É utilizado pela UCP para transferências de informação entre esta e o barramento de dados.
REM: Armazena o endereço da memória onde a informação deve ser lida ou escrita.

Função do relógio
O relógio é um dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo. A quantidade de vezes em que este pulso básico se repete num segundo, define a unidade de media do relógio denominada de frequência.
O relógio serve para:
Sincronizar, ou seja, permite que duas ou mais ações ocorram no mesmo instante de tempo;
Controlar a velocidade com que elas ocorrem.
1Hz = 1 ciclo por segundo

Steve Jobs 1959-2011

Aos 56 anos morreu na quarta-feira, dia 5 de Outubro, Steve Jobs. O fundador da Apple sofria há alguns anos de cancro no pâncreas.

Processadores AMD

Processadores AMD para Desktop

AMD Phenom X4
Modelo: 9750
Número de núcleos: 4
Temperatura máxima: 61ºC
Potência: 125W

AMD Phenom X3
Modelo: 8450e
Número de núcleos: 3
Temperatura máxima: 71ºC
Potência: 65W

Processadores AMD para Laptop 
AMD Athlon II Dual-Core
Modelo: M320
Número de núcleos: 2
Frequência: 2100MHz
Potência: 35W

AMD Athlon Neo X2 Dual-Core
Modelo: L325
Número de núcleos: 2
Frequência: 1500MHz
Potência: 18W

Processadores AMD para Servidores
AMD Opteron 6100
Modelo: 6176 SE
Número de núcleos: 12
Frequência dos núcleos: 2.3GHz
Potência: 105W

Modelo: 6124 HE
Número de núcleos: 8
Frequência dos núcleos: 1.8GHz
Potência: 65W

Processadores Intel

Processadores INTEL para Laptop:

Intel® Core™ i7-2630QM
Número de núcleos: 4
Velocidade de funcionamento: 2GHz
Temperatura dissipada: 45W
Número de canais de memória: 2
Largura de banda máxima de memória: 21.3 GB/s

Intel® Core™ i5-2410M Laptop
Número de núcleos: 2
Velocidade de funcionamento: 2.4Hz
Temperatura dissipada: 35W

Processadores INTEL para Desktop

Intel® Core™ i7 2600

Número de núcleos: 4
Velocidade de funcionamento: 3.40GHz
Temperatura dissipada: 95W

Intel® Core™ i5-2410M
Número de núcleos: 2
Velocidade de funcionamento: 2.3GHz
Temperatura dissipada: 35W

Processadores INTEL para Servidor

Intel® Xeon® Processor E5603
Número de núcleos: 4
Velocidade de funcionamento: 1.6 GHz
Temperatura dissipada: 80 W
Razão barramento/núcleo: 12

Intel® Xeon® Processor X5690 Número de núcleos: 6
Velocidade de funcionamento: 3.46 GHz
Temperatura dissipada: 130 W
Razão barramento/núcleo: 26