Microprocessadores

1. Microprocessadores Objetivos da apresentação. • Funcionamento básico de um microprocessador, apresentando alguns de seus principais componentes. • Breve histórico, apresentando alguns dos modelos importantes na evolução dos microprocessadores; • Apresentar as tecnologias e modelos mais utilizados na atualidade; • Apresentar as tendências das novas tecnologias. Obs: No nosso trabalho focamos os processadores para workstation, ou seja para computadores pessoais.

3. Introdução O microprocessador, ou CPU (Central Processor Unit – Unidade de processamento central) pode ser considerado a principal parte de um microcomputador. Ele é o principal componente eletrônico de um computador e é responsávelpelo tratamento e pelo processamento de dados. Exemplos das funções de um processador: • Executar funções matemáticas; • Executar funções lógicas; • Gerenciar dados e etc.

4. Funcionamento:Caixa Preta Neste modelo o processador é representado por uma caixa– preta. A função desta caixa é processar as informações que recebe em sua entrada, processa-las conforme as instruções que recebe e em sua saída apresentar os resultados.

6. Funcionamento:Clock O clock(em português relógio) é quem faz o controle da velocidade de execução e dos passos. O clock é um circuito ligado a caixa-preta, ele envia pulsos a caixa que ordenam o seu processamento, sincronizado com o que acontece dentro e fora dela. Esses pulsos tem dois níveis de tensão, pois é com esses dois níveis “0” e “1” que a caixa trabalha e são periódicos para que haja sincronia nas execuções. A cada pulso enviado para a caixa é realizado um passo no processamento.

7. Componentes Básicos de um Microprocessador • (ULA) Unidade Lógica Aritmética • (UC) Unidade de Controle • Registradores Internos

8. ULA A Unidade Lógica Aritmética é responsável pelas seguintes tarefas: • Operações lógicas: AND, OR e XOR; • Complemento de 2; • Adição, subtração, multiplicação e divisão; • Rotações à esquerda e à direita;

10. A ULA e dividida em quatro partes • ULA aonde é realizado o processamento lógico e aritmético. • O acumulador onde são armazenados dados que serão utilizados no processamento e os resultados. • O registrador de armazenamento temporário, onde são armazenados temporariamente dados para o processamento. • O Registrador de Flags, onde são guardadas condições do resultado da operação, como por exemplo, sinais ou “Overflow” que representa estouro na capacidade de cálculo.

11. UC A UC é responsável por controlar e gerenciar a sincronização das transferências de dados e instruções que são manipuladas pelo processador. A UC é basicamente dividida em três partes, são elas: • A UC. • Um registrador de instrução • Um decodificador. Para que um processo seja executado Corretamente, são necessários três passos: • Armazenar uma instrução no registrador de instruções. • A instrução é transmitida para o decodificador, onde ela será decodificada e transferida para a unidade de controle. • Na UC a instrução decodificada gera todos os sinais de controle, internos e externos, que são necessários para executar a instrução propriamente dita.

12. Representação Gráfica da (UC)Unidade de Controle

13. Registradores Internos Os registradores internos são como memórias temporárias, com uma capacidade de armazenamento bastante reduzida, da ordem de bits. È em relação à capacidade de manipular dados com a largura máxima dos registradores internos que estamos falando quando dissemos que um processador possui tecnologia 32, 64 bits e assim por diante.

14. Alguns registradores para um processador genérico. • Registrador de Instrução (RI); • Registrador de Status (RS) FLAGS; • Registradores Indexados (RX); • Registradores de uso Geral (RUG); • Contador de Programa (CP); • Acumulador (ACC); • Ponteiro de Pilha (PP).

15. Interrupção Interrupção é o adiamento (interrupção) de execução da instrução atual para que um evento de maior prioridade seja processado. Os processadores possuem vias específicas para receber uma interrupção. Se uma dessas vias for utilizada adequadamente, o processador pára a execução do programa Corrente e executa uma sub-rotina de tratamento da interrupção solicitada.

16. Memória Cache Cache é um dispositivo de acesso rápido, interno a um sistema, que serve de intermediário entre um operador de um processo e o dispositivo de armazenamento ao qual esse operador acede. A vantagem principal na utilização de uma cache consiste em evitar o acesso ao dispositivo de armazenamento - que pode ser demorado - e que vale a pena armazenar as informações procuradas em meio mais rápido.

17. Tipos de Memória Cache • Cache L1 Cache L1 é um tipo de memória cache que está mais próximo da ULA (unidade lógica e aritmética). Assim como a L2, é encontrada no processador e é construída a partir de memória SRAM, por ser normalmente utilizada em pequenas quantidades e precisar ser bastante rápida.

18. Tipos de Memória Cache • Cache L2 Cache L2 consiste numa memória interna do processador instalada em associação com os transistores . Utilizados nos computadores 386, inicialmente o cache L2 fazia parte da placa-mãe, sendo formado por alguns chips soldados a ela. Com o surgimento do 486 uma pequena quantidade de cache foi aplicada no processador, surge então o conceito de cache L1 integrado no processador e cache L2 que fazia parte da placa-mãe. Com o avanço nas técnicas de produções, os processadores passaram a usar quantidades cada vez maiores. Então o cachê L, o que permite manter o cache funcionando sempre a metade da freqüência do processado também foi integrado ao processador. A partir de então o cache L2 em geral não é mais necessário ser integrado a placa-mãe, já que o processador possui quantidade e velocidade suficiente.

19. Tipos de Memória Cache • Cache L3 Terceiro nível de cache de memória. Inicialmente utilizado pelo AMD K6-III (por apresentar o cache L2 integrado ao seu núcleo) utilizava o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional.

20. Overclock Overclock é o processo de forçar um componente de um computador a rodar numa freqüência mais alta do que a especificada pelo fabricante. Para se fazer um overclock de um microprocessador geralmente aumenta-se o clock do CPU alterando o seu FSB(Front Side Bus) juntamente com seu fator de multiplicação. Esses dois valores é que são responsáveis pelo valor final de processamento. Nos processadores também podem ser alteradas duas diferenças de potencial(tensão) para aumento de carga ou diminuição da mesma (downclock). O overclock pode ser efetuado através de software, por uso de um programasobre um sistema operacional, BIOS ou via mudança física no hardware (solda ou jumper). O overclock pode ter certas conseqüências, como a diminuição da vida útil do hardware e o aumento de temperatura. Podendo até provocar a fusão (derretimento) dos componentes do computador.

22. Processadores Antigos

23. Microprocessador 4004 O primeiro processador (“Unidade Central de Processamento") que se tem notícia na história da microinformática é o 4004, inicialmente foi projetado para ser um componente para calculadoras, foi lançado em novembro de 1971. Foi desenvolvido com apenas 2300 transístores e uma área de apenas 3x4 milímetros e 4 bits de clock, é operava aos 'incríveis' 740 KHz. Este foi uma grande invenção desde então a tendência foi superar a cada novo dia as tecnologias atuais. Atualmente os processadores de 64 bits são baseados neste microprocessador.

24. Microprocessador 4040 O microprocessador Intel D4040 se trata de um processador mais avançado que o 4004. Lançado em 1972. Porém rodando na mesma velocidade que o 4004.

25. Microprocessador 8008 Apesar de ter sido lançado depois do microprocessador de 4 bits Intel 4004, o 8008 Correspondia a um produto desenvolvido de raiz, sendo portanto muito diferente do irmão 4004. O 8008 era disponibilizado num circuito integrado DIP de 18 pinos e tinha apenas um barramento externo de 8 bits. A multiplexagem de 8 bits de dados e 16 bits de endereço neste barramento permitia aceder até de processar até 16 kilobytes de memória. Ele vinha com clocks de até 800 KHz , possuía também 3.500 transístores e tinha capacidade de processar até 16 kilobytes de memória. As primeiras versões do 8008 corriam a 500 kHz. Esta velocidade foi depois aumentada até aos 800 kHz. A evolução da arquitectura do 8008 deu origem aos mais conhecidos e mais bem sucedidos Intel 8080, Intel 8085 e até ao Zilog Z80.

26. Microprocessador 8080 Os microprocessadores Intel 8080 e 8080A de 8 bits fabricados pela Intel, sucederam ao microprocessador 8008, finalmente consolidando no mercado o primeiro chip considerado em real como um microprocessador. No ano de 1975 o 8080 foi usado em um dos primeiros computadores pessoais. Chamado de Altair 8800 ele era vendido a 439 dólares.

27. Microprocessador 8085 O Intel 8085 foi um microprocessador de 8 bits introduzido no mercado em 1976 com clocks que podiam chegar aos 5 MHz e com 6.500 transístores e 8 bits de instruções. O "5" no número do modelo originou-se do facto de que o 8085 necessitava de um suprimento de força de somente +5 volts (V) em vez das voltagens de +5V, -5V e +12V exigidas pelo 8080.

28. Microprocessador IAPX 432 O Intel iAPX 432 foi o primeiro processador com design 32-bit da Intel, introduzido em 1981 como parte de 3 circuitos integrados. O iAPX 432 foi idealizado como sendo o maior avanço da Intel nos anos 80, implementando muitos avanços em tecnologia de multitarefa e gerenciamento dememória, em hardware, que os a chamar o designe do chip, de Micromainframe. O prefixo iAPX referente a esse modelo vem de intel Advanced Processor architecture, a letra X vem da letra grega Chi.

29. Processadores x86 Conceito: Em informática, x86 ou 80x86 é o nome genérico dada à família (arquitetura) de processadores baseados no Intel 8086, da Intel Corporation.

30. Microprocessador 8086 O 8086 é o primeiro microprocessador de 16 bits da Intel. Quando se diz que é um processador de 16 bits, quer- se dizer que a sua unidade lógica e aritmética, os seus registradores internos, e a maior parte das suas instruções foram concebidos para trabalhar com palavras de 16 bits. Além disso o 8086 tem um barramento de dados de 16 bits, ou seja, pode ler e escrever na memória ou nas portas 16 bits de uma só vez.

31. Microprocessador 8088 O processador 8088 foi o processador criado para seadaptar aos recursos existentes no contexto da época para os usuários mais básicos. Possuía um barramento de dados interno de 16 bits e um externo de 8 bits. Este foi o processador mais comum nos IBM PC e clones, por razões econômicas. Só como referência, este processador possuía um milésimo da potência dos processadores atuais.

32. Microprocessadores80486 Os Intel i486 (também chamados 486 ou 80486) são uma família de microprocessadores CISC da Intel que fazem parte da família de processadores x86. Seu antecessor foi o processador 386. A arquitetura do i486 é um grande avanço. Ele vem com um cache de dados e instruções no chip, uma unidade de ponto flutuante (FPU) adicional, pela primeira vez dentro do chip, e uma unidade de interface de barramento aprimorada. Esses e outros avanços dobraram o desempenho bruto em relação a um 386de mesmo clock.Uma versão de 25 MHz foi introduzida em abril de 1989, uma de 33 MHz em maio de 1990 e uma de 50 MHz em junho de 1991.

33. Microprocessador Pentium II • Esta versão do Pentium utiliza o poder de processamento de 32 bits do Pentium Pro, aliado a uma maior eficiência no processamento de 16 bits, além de instruções MMX. • O pentium II possui um formato diferenciado em relação aos demais microprocessadores. Ele é encapsulado em um invólucro que engloba a CPU e a cache externa. Até 1998 este método facilitava a dicipação de calor, sendo o microprocessador mais rápido do mercado

34. Microprocessador Intel Celeron O Celeron foi lançado em 1998. Com o intuito de ser uma versão simplificada e de custo mais baixo do modelo Top-de-linha, na época o Pentium II, e posteriormente de suas evoluções. As simplificações estão principalmente no FSB e na cachê L2. O Celeron foi lançado em resposta amodelos AMD como os Cyrix 6x86, AMD K6 eoutros, para quem a Intel estava perdendo mercado. Os processadores desta linha rodam muitos aplicativos satisfatoriamente, mas deixam a desejar quando se trata de aplicativos mais pesados como jogos em 3D.

35. Modelos de Intel Celeron

36. MicroprocessadorPentium III O Pentium III é um microprocessador de sexta geração fabricado pela Intel, tendo a mesma arquitetura do Pentium Pro e concorria com o Athlonda AMD. As primeiras versões eram muito parecidas com o Pentium II mas com instruções SSE. Igualmente com o que aconteceu com Pentium II, existia una versão Celeron "low-end" e um Xeon com a mesma arquitetura. Foi substituído pelo Pentium 4 que teve a missão de aumentar a freqüência do processador mas depois serviu de base para a arquitetura Core.

37. Microprocessador Pentium O Pentium é a quinta geração da arquitetura x86 de microprocessadores criada pela Intel, em 22 de Março de 1993. Os primeiros Pentiums foram lançados com clocks de 66 MHz e 60 MHz(que eram muito problemáticos por serem fabricados com uma técnica de 0.8 microns aqueciam muito). Mais tarde, foram surgindo gradualmente versões de 75, 90, 120, 133, 150, 166, 200, e 233 MHz. Versões de 266 e 300 MHz foram posteriormente lançadas para uso em computadores portáteis. Processadores Pentium OverDrive foram lançados com velocidades de 63 e 83 MHz como uma opção de upgrade para computadores 486 mais antigos. O soquete utilizado por este pocessador era denominado Soquete 7, padronização para os sinais eletrônicos caractéristicos do Pentium com 321 pinos. Com o passar do tempo a Intel lançou novas versões deste processador melhorando assim seu desempenho, são esemplos Pentium Pro e Pentium MMX.

38. Processadores Antigos

39. Microprocessador AMD K5 O K5 foi o primeiro processador x86 da AMD desenvolvido independentemente, introduzido emMarço de 1996. Seu principal concorrente era a família de processadores Intel Pentium. AMD na época era uma companhia que estava fabricando processadores há pouco tempo, mas mesmo assim as características do K5 se aproximavam muito tanto do Pentium Pro quanto do Pentium "Clássico". Inicialmente o K5 Trabalhava a uma velocidade de 133 MHz, posteriormente lançou-se uma nova versão de 166 MHz, mas logo deixou o mercado incapaz de competir com o Pentium-200 MMX da Intel.

40. Microprocessador AMD K6 Este chip é muito mais veloz que o K5, é ainda dotadode instruções MMX. É comum dizer que o K5 foi o inimigo número 1 da Intel. Mais barato e mais velozes que um Pentium MMX de mesmo clock, o AMD K6 chega mesmo a ameaçar o domínio do Pentium II. Tanto é assim que a Intel, ao contrário do que fez com o Pentium, praticou no Pentium II preços bem mais baixos.

41. Microprocessador AMD K6-2 Sua grande diferença para os outros processadores á a s ua frequencia de operação externa. Enquanto todos os outros processadores operam externamente a 66 MHz., o K6-2 opera a 100 MHz, conseguindo uma taxa de transferência mais elevada com a memória RAM, com o cache de memória e com outros dispositivos do micro, principalmente o video e o disco. Seu padrão de pinagem e o Soquete 7, o mesmo padrão do Pentium, Pentium MX, e Pentium MII. EnTretanto, por trabalhar extremamente a100 MHz, necessita de uma placa mãe soquete 7 que consiga trabalhar a essa freqüência de operação.Esse tipo de placa-mãe é conhecido como “Super 7”.

42. Microprocessador AMD K6-III O K6-III foi o último e mais rápido de todos os processadores Socket 7. Ele acumulou o status de ser o processador X86 mais rápido do mercado no lançamento, e foi altamente competitivo até muito tempo depois. Ele era um K6-II com um cache L2 (Level 2) maior. O K6-2 original tinha um cache L1 de 64 KiB e um número muito maior no cache externo (geralmente 512 KiB ou 1 MiB mas variava, dependendo da placa mãe).

43. Microprocessador Sempron O Sempron é um microprocessador voltado para usuários que não precisem de um alto desempenho em seu computador e sim com o preço. Este processador esta disponível em três versões desoquete: o 462, 754 e AMD2. Os microprocessadores Sempron soquete 462 são uma versão maissimples do Athlon XP, enquanto que os microprocessadores Sempron soquete 754 e AMD2 são versões mais simples do Athlon 64.

44. Microprocessador Athlon O Athlon foi desenvolvido entre 1997 e 1999, época que reinava os processadores AMD K-6 e AMD K6- 2, o Pentium MMX, Pentium II e Pentium III da Intel O Athlon inicialmente foi produzido em forma de cartucho, muito parecido com o Pentium II e Pentium III. O uso do cartucho era necessário naquela época para permitir o uso da memória Cache L2 bem próxima do microprocessador.

45. Athlon Thunderbird A Athlon Thunderbird traz como grande destaque o uso de cache L2 integrado, um verdadeiro divisor de águas, que além de melhorar o desempenho do processador, baixou os cursos de produção (e consequentemente o preço de venda), permitiu o lançamento de versões com clock mais elevado e, ainda por cima, permitiu o lançamento do Duron, que rapidamente substituiu os antigos K6-2 no posto de processador de baixo custo. O Thunderbird possui apenas 256 KB de cache L2, contra 512 KB do Athlon antigo. O cache L2 é complementado por mais 128 KB de cache L1, que também opera à mesma freqüência do processador, mas oferece tempos de latência mais baixos. Com a simplificação no design do processador, o formato de cartucho deixou de ser necessário, de forma que a AMD voltou a utilizar um encaixe em formato de soquete, dando origem ao soquete A

46. Microprocessador Duron Em Junho de 2000 foi lançado o Duron, substituindo os antigos K6-2 e K6-3 como processador de baixo custo. Ele é um descendente direto do Athlon Thunderbird. Ambos compartilham a mesma arquitetura (incluindo os 128 KB de cache L1), mas o Duron vem com apenas 64 KB de cache L2.

47. Palomino (Athlon Xp) O Palomino foi a quarta geração do Athlon, sucessor do Thunderbird. Ele fio produzido utilizando a mesma técnica de 0.18 mícron, com filamentos de cobre, mas foi feita uma série de modificações no projeto, que reduziram o consumo e a dissipação térmica do processador em cerca de 20%, permitindo que ele fosse capaz de operar a freqüências mais altas. O Palomino suportava instruções SSE. As instruções SSE da AMD foram chamadas de "3D-Now! Professional". O Palomino trouxe também suporte ao multi-processamento, possibilitando o lançamento do Athlon MP e das primeiras placas dual-Athlon, como a Tyan Tiger MPX. O Palomino deu origem à segunda segunda geração do Duron, o Duron Morgan e Duron Spitfire.

48. Cyrix Processador Antigos

49. Microprocessador Cyrix VIA A Cyrix está no mercado de processadores à muito tempo. Seus processadores sempre foram razoavelmente bons, se comparados aos processadores da Intel e da AMD. Hoje esta empresa pertence à VIA technologies, sendo que já fora parte da IBM e da National Semiconductor. Embora nunca tenha conseguido a mesma fatia de mercado que a Intel e a AMD, a família Cyrix se espalhou em alguns dos processadores destas empresas. Mesmo na época do Pentium, tanto a AMD como a Cyrix já trabalhavam em seu processador de quinta geração com o objetivo de ultrapassar, ou simplesmente se igualar ao pentium. Apesar de ser uma empresa pequena se comparada à Intel e à AMD, a Cyrix sempre desenvolveu processadores aritiméticos de bom desempenho, mesmo sem possuir um parque fabril suficiente para atender à demanda.

50. Microprocessador Cyrix Cx486 DX Lançado em 1993, o processador Cx486 DX foi a primeira investida da Cyrix no mercado. Com uma velocidade de até 100Mhz, diversos testes apontavam que este processador era bastante rápido, e chegava a ser superior ao modelo 80486 da intel. A exemplo da intel, mais tarde seria lançada a versão DX2 e DX4 do Cx486 DX. O DX2 apresentava o dobro de velocidade interna da bus em relação ao original, e o DX4, o triplo. A Cyrix também possuia um 386 chamado CX486 DLC. Ele era compatível pino a pino com o 80386 e apresentava um ganho de desempenho de aproximadamente 20%. Para substituir o 386SX, havia o 486 SLC, com barramentos do 286, circuitos do 386, e instruções do 486.