Processadores

1   INTRODUÇÃO

            Nesta apostila estaremos observando mais a fundo o funcionamento dos processadores. Até então vimos que o processador funciona como uma espécie de cérebro do computador, e também vimos que ele precisa de outros componentes para o auxiliar em seu trabalho. Com isso nós já conhecemos sua principal função e seu ambiente de trabalho. Agora vamos nos aprofundar em detalhes da sua Arquitetura, Funcionamento e Configuração.

2   Levando os Conceitos para a prática

            Como já vimos, os computadores são formados por seis unidades (Unidades de Entrada, Saída, Central de Processamento, Memória, Lógica ou Artimética e de Secundária Armazenamento). Em geral, tratamos a Unidade Central de Processamento como se fosse o processador em si. Mas na verdade, o processador é um conjunto de duas dessas unidades, a CPU e a de artimética e lógica. A Unidade Central  de Processamento  (CPU)   fica inteiramente  destinada  ao  controle  das  atividades  que  o computador foi destinado, ou seja, ele controla a excução e interpretação das informações e controla o fluxo dos dados. Já a unidade de lógica e aritmética, fica iteiramente destinada arelaizar os procedimos artméti-cos (operações aritméticas) e/ou operações de lógica, por exemplo, se determinado valor for maior que cinco, deve-se somar esse valor com dez  e  depois   libera-lo    para   que   ele seja armazenado na memória. Como vocês podem perceber, ambos são necessários para que o processador execute as funções destinadas a ele. Ele organiza e controla (CPU) e realiza os cálculos e comparações necessárias (ULA).

3   O CO-PROCESSADOR ARITMÉTICO

            No computador, existem dois tipos de calculos que precisam ser realizados, os mais simples (que aglobam apenas números inteiros) e os mais complexos (que envolvem números de ponto flutuante, ou seja, decimas). Antigamente, antes do lançamento do 80486 da Intel (80486 DX) os processadores em si, só realizavam os cálculos simples, pois os cálculos complexos eram serviços destinados a um chip que era encontrado na placa mãe, esse chip se chamava co-processador.

            Até então, como o desempenho dos processadores ia aumentando rápidamente, sempre havia a necessidade de também ser lançado uma nova versão do co-processador, para que o computador não perdece performanse em determinados casos. Foi então, quando a Intel revolucionou o processo de construção dos processadores, permitindo que sejam acoplados o processador e o co-processador em um único chip. O primeiro processador que incluia nele os circuitos referentes ao co-processador, foi o 80486 DX. A versão anterior do 80486, que vinham com o “sufixo” SX não vinham com o co-processador acoplado. A partir daí, todos seus sucessores (até de outras marcas) já vinham com o co-processador aritmético incluído no mesmo chip. Vejam abaixo a foto da versão que já vinha com o co-processador embutido:

80486DX (Com o co-processador aritmético embutido)

Apesar de apresentarem essa nova tecnologia, desconsiderando o nome que vinha escrito no chip, sua aparência era bem parecida com a da versão sem o co-procesasdor.

4   MEMÓRIA CACHE

            Como nós já sabemos, a memória RAM é a responsável pelo armazenamento de todas os dados que estão sendo usados pelo processador (os que o usuário está interagindo), e por isso é que ela serve como um suporte para ele.

            Mas, como os processadores passaram por uma drástica evolução na performanse, as memórias RAM não tiveram como acompanhá-lo, e foi por isso que os desenvolvedores começaram a adotar uma nova tecnologia, as Memórias Cache.

            Antes de entrarmos nos conceitos da Memória Cache, vamos nos aprofundar nas memórias RAM. A memória RAM (Randon Access Memory) pode ser dividida em dois tipos principais:

DRAM (Dinamic RAM): O nome dinâmico vêm da constante necessidade de renovação dos seus valores armazenados, pois seu funcionamento se basea no armazenamento em capacitadores (que perdem os valores depois de algum tempo – milhares de vezes por segundo). Apesar da taxa de transferência de dados entre o processador e a DRAM serem rápidos (em uma taxa de 100 nanosegundos, ou seja, 100 bilionésimos de segundo) já é suficiente para ocasionar um atrazo considerável no desempenho do processador. Contudo seu preço, se relacionado ao da SRAM é muito inferior.

SRAM (Static RAM): Extremamente rápida e por consequência muito mais cara. Seu utilização se torna inviálvel em grandes quantidades. Apesar de ser volátil igual a DRAM, ela não perde seus valores no decorrer do tempo. Consome pouca quantidade de energia. O tempo que o processador leva para acessar uma SRAM está na órdem dos 20 nanossegundo (400% de tempo a menos em relação a DRAM).

            Como vocês já devem estar deduzindo, a memória DRAM foi se tornando obsoleta, pois o avanço dos computadores foi muito superior ao avanço das mesmas. A partir do 386 os desenvolvedores já perceberam que a memória já não acompanhava mais a velocidade dos processadores. Isto estava acarretando em uma perda de desempenho considerável. Foi então que eles optaram por usar uma nova memória, que precisava ser rápida o suficiente para acompanhar os processadores, e é por isso que a memória usada para isso é exatamente a SRAM.

            Existem dois tipos de memórias cache, a cache primária e a cache secundária, também chamadas de cache L1 e L2, respectivamente (hoje já temos a L3).

            A cache L1 é a mais rápida das duas, ela deve trabalhar na mesma frequência do processador, e por isso é mais cara. Sempre que um novo processador fosse inventado, a cache L1 deveria acompanher seu desenvolvimento, para não acarretar a perda de performânce. Acompanhando o mesma ideologia da cache L1, também temos a cache L2. Ela apesar de mais lenta que a L1, já é de grande auxílio aos serviços do processador. Antigamente, a cache L2 ficava fora do processador, mais a partir do Pentium Pro, ela já passou a fazer ficar dentro dele. Hoje em dia, qualquer processador que iremos encontrar no mercado, possuem a cache L2 no seu interior. Por ela ser mais lenta, obviamente ela é muito mais barata que a L1, e por isso geralmente é encontrada com o seu tamanho muito superior do que o da cache primária.

            Com esse novo conceito, o processador ganhou mais um ponto na performance, pois agora ele tinha para auxiliá-lo, duas memórias muito rápidas, uma funcionando na sua frequência e a outra um pouco mais lenta.

            Para entendermos as etapas que o processador realiza quando tiver que buscar um dado na memória, vamos observar a figura abaixo:

Simulação do funcionamento de um Processador

Obs: Devemos levar em consideração, que os dados estejam na memória RAM, pois caso contrário, o processador terá que acessar o HD, ai certamente ele ficará ocioso.

            Já pela figura, você pode observar que a memória Cache L1 possui um tamanho menor que a cache L2, que por sua vez possui um tamanho muito menor que a memória RAM (memória principal). Para termos uma ideia melhor sobre o tamanho de cada uma delas (e da enorme diferença), observe abaixo uma tabela que destaca cada uma dos três tipos de memória. Para ressaltar, observem também o tamanho de um HD:

Equipamento	Tipo de Memória	Tamanho
Pentium 4 (3.40 GHz)	Cache L1	8 Kbytes
Pentium 4 (3.40 GHz)	Cache L2	512 KBytes
Memória DDR 512 PC-333	Memória RAM (DDR)	512 Megabytes
Samsung (SpinPoint P Series SP1614C)	Hard Disc	160 Gigabytes

            Perceberam a diferença de tamanho (bytes) de cada uma das memórias apresentadas. Inversamente relacionado ao tamanho, temos a questão da velocidade e do preço. Como já foi dito a L1, geralmente funciona na frequência do Processador (ou seja, muito rápida), a L2 numa frequência menor, e a RAM se comparada com essas, é muito mais lenta. No caso do preço, quanto mais rápido é a memória, maior o seu preço.

            Obs.: Hoje em dia já existem processadores que apresentam embutido em seu chip, uma nova versão da memória Cache, que é a L3. Seguindo a mesma importancia das outras, a L3 vem com maior capacidade que a L2, mais em compensação, trabalhando numa frequência menor. Os Processadores Pentium 4 (da tabela acima) já apresentam a L3 embutida, com o tamanho de 2 Megabytes.

5   A ARQUITETURA DOS PROCESSADORES

            Em geral, os processadores são formados por milhares ou até milhões de transistores. Um dos primeiros processadores (8088) que possuiam a tecnologia dos circuitos integrados (um conjunto de vários componentes como, transistores, diodos, capacitadores, e etc) os transistores já alcansavam a marca dos 29.000. Já as primeiras versões do Pentium 4 já possuia 41.000.000 (milhões) de transistores. Esse incrível resultado, foi alcansado devido a possibilidade de cada vez mais diminuir o tamanho (físico) destes componentes. Os primeiros (8088) possuiam o tamanho de 3 mícrons, ou seja de 3 milésimos de um milímetro, já os de hoje em dia, já alcansam a marca dos 0.13 (Pentium 4). Um fator a ser observado, é o de que quanto menor forem os trasístores, maior a frequência alcansada pelo processador, e esse é um dos fatores do grande avanço em questões de desempenho que ocoorreu com os processadores.

            Já sabemos, que todos os processadores (a partir da tecnologia dos circuitos integrados) são formados de transistores, e que eles colaboram com o desempenho do processador, mas temos que considerar a existência de outros fatores que colaboram para tal fim. Como a maioria das tecnologias nasceram junto com os processadores, vamos abordá-las no item A evolução dos processadores, enquanto a tecnologia que é comum a todos, vamos ver agora.

            Existem duas tecnologias responsáveis pela quantidade de instruções que o processador pode reconhecer, uma que permite que uma dezena de instruções possam ser reconhecidas por ele, e outra, que engloba todas estas, em apenas quatros instruções básicas. Respectivamente, estas são as arquiteturas CISC e RISC.

Arquitetura CISC: A sigla CISC significa Complex Instruction Set Computing, ou seja Define Instruções Compexas de Processamento. Já pelo nome, é possível perceber a qual das duas arquiteturas a CISC se enquadra, as Instruções Complexas. Os processadores que seguem (são construídos) essa arquitetura, conhecem várias dezenas de instruções, permitindo com isso o processamento de modo direto pelos softwares, ou seja, se o software quer realizar determinado processo, ele usa certa instrução do processador específica para o ato, se quiser realizar outra, usará uma outra instrução que serve para tal, e assim por diante. Um detalhe importante na arquitetura CISC, é a de que, quanto maior for o número de instruções que o processador reconhece, mais lento, ele processará cada uma delas, ocasionando com isso, perda de desempenho em certas ocasiões. Obs: O conjunto de instruções que os processadores da arquitetura CISC reconhecem, é chamado de conjunto x86, e contém 187 instruções diferentes.

Arquitetura RISC: A sigla RISC significa Reduced Instruction Set Computing (Define Instruções Reduzidas de Processamento). Esta arquitetura é exatamente o oposto da outra (CISC), pois nela a principal característica é o pequeno número de instruções que os processadores reconhecem. Como o número de instruções é menor, o processador pode alcançar frequências mais altas, e conseqüentemente desempenho maior. A partir do Pentium Pro, a Intel começou a adotar essa arquitetura para seus processadores. Naturalmente eles pensaram na compatibilidade dos programas (softwares) que ainda funcionavam com as instruções x86, e por isso acrescetaram um circuito decodificador para interpretar as antigas intruções para as novas. Os processadores que pertencem a arquitetura RISC, em geral reconhecem apenas 4 instruções que são as de leitura, gravação, soma e atribuição. Vejam a baixo, a foto do Pentium Pro (RISC).

Pentium Pro – Arquitetura RISC

            Houve, e ainda há muitos desenvolvedores que estão constantemente pesquisando e realizando testes para testar qual das duas arquiteturas renderiam um melhor desempenho. Uma possui várias instruções, fator que produz uma perda no desempenho mais por outro lado facilita a vida dos programadores, em quanto a outra, por possuir poucas instruções, é mais rápida e conseqüentemente mais dificil de ser programada. Hoje em dia, a arquitetura RISC é a que está em maior uso. Mas quem sabem algum dia, os processadores voltem para seus primórdios, adotando novamente a arquitetura CISC?

6   DESEMPENHO DOS PROCESSADORES

            Para poder medir a performance dos processadores, foram criadas duas unidades, a MIPS e a MFLOPS.

MIPS (Milhões de Instruções por Segundo): Esta unidade é usada para representar o números de instruções comuns (qualquer instrução e processamento básico realizado pelo processador) que o processador realiza. Por exemplo, temos o Pentium 4 de 3.2 Gigahertz (mais a frente veremos as frequências – Hertz e seus sucessores) que alcança a medida dos 9787 MIPS, e para termos uma idéia da revolução dos processadores, o primeiro microprocessador do mundo, o 4004 da Intel de 108 KHz alcançava os 0.06 MIPS que na época era algo incrível.

MFLOPS (Milhões de Operações de Pontos Flutuantes por Segundo): Também foi necessário à criação de uma grandeza que representasse a performance dos processadores nos cálculos de números de ponto flutuante (co-processador aritmético), e está medida é o MFLOPS. Por exemplo, o Pentium 4 (3.2 GHz), um dos mais atuais, alcança no máximo os 6204 MFLOPS, e o Pentium Pro, que foi o primeiro processador a incluir os circuitos do co-processador embutidos, alcançava a média dos 200 MFLOPS.

            Essa unidades, geralmente são usadas para realizar comparações entre os processadores distintos e até de outra marca. Como por exemplo, podemos dizer que certo processador apresenta melhor desempenho em MFLOPS do que outro, mas em compensação, este segundo tem maior desempenho em MIPS do que o primeiro.

            Essas grandezas são usadas para representar de maneira geral os processadores. Vamos ver agora, as verdadeiras unidades (valores reais) que existem nos processadores. Essas unidades são: Frequência, Volts, Acesso a Memória RAM, e bits que trabalha.

            Vamos ver agora, detalhadamente cada um dessas unidades:

Frequência: A frequência geralmente está associada a velocidade do processador. Ela representa a quantidade de ciclos que ocorrem por segundo. Quando temos um processador que realiza 1 ciclo de processamento por segundo, dizemos que ele trabalha a 1 Hertz. Então já sabemos que 1 Hertz significa 1 Ciclo por Segundo. Mas, além dos Hertz, também temos seus sucessores, que são responsáveis por representar os valores maiores (igual ao sistema de pesos que conhecemos que tem a grama, o quilo, e etc), que são o Kilohertz ou KHz (1000 Hertz), o Megahertz  ou MHz (1000 Kilohertz), o Gigahertz, que também é conhecido por GHz, e assim por diante.

            Veja abaixo uma tebela que associa essas grandezas:

Unidades	Símbolos	Equivalências
Hertz	Hz	1 Hz
Kilohertz	KHz	1000 Hz
Megahertz	MHz	1.000 KHz (1.000.000 Hz)
Gigahertz	GHz	1.000 MHz (1.000.000.000 Hz)
Terahertz	THz	1.000 GHz (1.000.000.000.000 Hz)
Petahertz	PHz	1.000 THz (1.000.000.000.000.000 Hz)
Exahertz	EHz	1.000 PHz (1.000.000.000.000.000.000 Hz)

           

Hoje em dia, os processadores já alcançam a casa dos Gigahertz, mas em seus primórdios, como por exemplo o 4004 (o primeiro microprocessador) processava numa frequência de 108 KHz.

Volts: Como próprio nome já sugere, essa grandeza é responsável por representar a quantidade de energia que os processadores consomem. Na prática podemos dizer que certo processador trabalha a determinados Voltz. Como exemplo podemos citar uma das versões do Pentium III (600 MHz) que funciona a 2.0 Volts. Quando formos configurar ou realizar o Upgrade dos processadores, devemos ter muita atenção nos volts que ele utiliza, caso contrário poderemos até queimar o processador.

Acesso a Memória RAM: É o valor usado para representar a quantidade de memória que o processador é capaz de endereçar. Quando dizemos que um processador é capaz de acessar 1 Megabyte de memória RAM, é exatamente a essa grandeza que estamos nos referindo. Essa medida é válida para os casos de Upgrade de memória (casos em que uma pessoa quer colocar um novo pente de memória em seu Computador). Ele deverá consultar se o seu processador consegue acessar esse novo valor (tamanho de memória) antes de adquirí-la (comprá-la).

Barramento Interno (Bits que trabalha): Quando dizemos que o processador é de 32 bits, estamos nos referindo a quantidade de bits que ele trabalha em cada ciclo. Neste exemplo (32 bits) o processador em cada um de seus ciclos pode operar a 32 bits. Geralmente, também trabalhamos com essa grandeza vista em bytes, ou seja, um processador de 32 bits é igual a um processador 4 bytes (1 byte é igual a 8 bits). O conjunto de bytes pode ser chamado de word (palavra).

Obs: Além do Barremento Interno, existem outros barrementos que causam um diferencial entre um ou outro processador, mais não veremos nesta apostila, esses detalhes, portanto a frequência que aparece nas especificações dos processadores apresentados são referentes ao barramento interno do processador. Outro exemplo muito importante de barramento é o FSB que determina a frequência de acesso a memória. Não veremos nada sobre o FSB agora, e sim no capítulo referente as memórias.

            Essas (em conjunto com a capacidade e frequência de suas Caches) são as principais grandezas que precisamos saber a respeito de um processador. Quando formos aprender sua configuração (instalação na placa mãe) nós vamos precisar de entender cada uma dessas grandezas para evitarmos situações de perda de desempenho ou até mesmo de perca do processador (queimar o processador).

           

7   HISTÓRIA DOS PROCESSADORES

            Para que possamos entender as tecnologias que os processadores adotam hoje em dia, é necessário passarmos por cada uma das suas evoluções durante o tempo. Por isso vamos apresentar neste tópico, os principais microprocessadores que apareceram desde o 4004 da Intel até os modernos processadores encontrados nos dias de hoje.

4004: Foi o primeiro microprocessador da história e nasceu e 1971. Ele contia apenas 2300 transistores de 10 microns cada. Veja a sua foto e sua performance abaixo:

Frequência 740 KHz Bits 4 Volts 12 Acesso a RAM 640 bytes MIPS 0.06 MFLOPS Sem coprocessador

8008: Em 1972 já surgiu o 8008 que além de apresentar melhores performances que seu antecessor, já manipulava caracteres e possuia 3.500 transistores de 10 microns.

Frequência 800 KHz Bits 8 Volts 12 Acesso a RAM 16 Kbytes MIPS 0.05 MFLOPS Sem coprocessador

8085: Criado em 1976 com seus 6.000 transistores de 6 micros.

Frequência 5 MHz Bits 8 bits Volts 5 Acesso a RAM 64 Kbytes MIPS 0.37 MFLOPS Sem coprocessador

8086: Criado em 1978 já possuia 29.000 transistores de 3 microns.

Frequência 5, 8 e 10 MHz Bits 16 bits Volts 5 Acesso a RAM 1 Mbyte MIPS 0.33, 0.66 e 0,75 MFLOPS Sem coprocessador

8088: Apesar de não alcançar a frequência de 10 MHz, o 8088 foi o que realmente começou a ganhar o mercado do mundo. Ele nasceu em 1979 e continha os mesmos 29.000 transistores de 3 microns do que seu antecessor.

Frequência 5, 8 MHz Bits 16 bits Volts 5 Acesso a RAM 1 Mbyte MIPS 0.33 e 0,75 MFLOPS Sem coprocessador

80286: Já continha 134.000 transistores de 1.5 microns.

Frequência 6, 8 e 12.5 MHz Bits 16 bits Volts 5 Acesso a RAM 16 Mbytes MIPS 0.9, 1.5 e 2.66 MFLOPS Sem coprocessador

Obs: A partir daqui foram introduzidos as técnicas de memória virtual.

80386SX: A partir deste processador é que os desenvolvedores começaram a produzir-los tendo como base a arquitetura CISC. Ele já continha 275.000 transistor de 1 micron.

Frequência (a partir de) 16 MHz Bits 32 bits Volts ? Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS (a partir de) 2.5 MFLOPS Sem coprocessador Arquitetura Cisc

Obs: Este processador foi o primeiro a conter as instruções chamadas de intruções x86.

80486DX: O 486 chegou com várias inovações. Uma é a de que ele passou a ter uma memória embutida, a cache L1, que era complementada pela L2, que ainda ficava na placa mãe. Além da cache, este processador foi o primeiro a trazer com ele o coprocessador aritmético embutido em seus circuitos. Ele possuia 1.200.000 transistors de 1 micron. Foi a partir daí também que foi introduzida a multiplicação de Clock, com o lançamento das versões 80486 DX2 e DX4, que respectivamente funcionavam a uma velocidade 2 e 3 vezes maiores que a velocidade da placa mãe.

Frequência (a partir de) 25 MHz Bits 32 bits Volts 5 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS (a partir de) 20 MFLOPS (a partir de) 16.8 Cache L1 8 Kbytes Arquitetura Cisc

Obs: A foto já é a versão 80486DX2.

As versões posteriores viam com as seguintes frequências: 80486DX2: 50 MHz e o 80486DX4 75 MHz. Outro detalhe importante, é que a partir da versão 80486DX2, foi necessária a adoção de um novo equipamento para evitar que o processador se aqueça demais, esse equipamento é chamado de Cooler. Vejam ao lado a foto do Cooler do 80486DX2.

Pentium (80586): Uma grande inovação no Pentium era a de que ele era um conjunto de dois processadores de 32 bits, o que supostamente o tornava um processador de 64 bits, a isto se dava o nome de arquitetura superescalar. Este processador já vinha com 3.100.000 transistores de 0.8 microns. Ele também apresentava uma nova tecnologia em que o processador guardava em um buffer os caminhos (processos) mais realizados e com isso tentava “advinhar” (analizando os dados armazenados no buffer) quais seriam os caminhos que o programas iriam tomar, ganhando assim 20% em performance.

Frequência (a partir de) 60 MHz Bits 32 Volts 5 Acesso a RAM 4 GBytes MIPS (a partir de) 100 MFLOPS (o de 75 MHz) 43 Cache L1 2x 8 Kbytes (16 KB) Arquitetura Cisc

AMD 5X86: Este processador foi lançado pouco depois do Pentium, mas sua arquitetura se assemelha ao 80486. Na época ele se tornou mais uma das opções para Upgrades de baixo custo. Um detalhe é que ele funcionava 4 vezes a velocidade da placa mãe.

Frequência (a partir de) 133 MHz Bits 32 Volts 3.3 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS ? MFLOPS ? Cache L1 16 Kbytes Arquitetura Cisc

Cyrix CX5X86: Este processador possui recursos do 80486 e Pentium, conseguindo assim uma performance superior aos 80486 padrões.

Frequência (a partir de) 100 MHz Bits 32 Volts 3.45 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS ? MFLOPS ? Cache L1 16 Kbytes Arquitetura Cisc

AMD K5: Na época do 386 e 486 a AMD tinha uma parceria com a Intel. Ela pagava Royalties para a Intel para poder usar os projetos de seus processadores. Quando a Intel produziu o Pentium, ela desfez este acordo, e a AMD a partir de então deveria começar a construir processadores de seus próprios projetos.

Apesar do AMD K5 em alguns requisitos, apresentar melhor desempenho, ele foi lançado com um pouco de atraso, pois suas primeiras versões funcionavam a 133 MHz, e em quanto isso já existiam os Pentium que trabalhavam a 200 MHz.

Frequência (a partir de) 133 MHz Bits 32 Volts ? Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS 326 MFLOPS 55 Cache L1 24 Kbytes Arquitetura Cisc

Pentium MMX: Essa versão do Pentium, além de mais cache, vinha com as instruções MMX, que melhora o desempenho para determinadas aplicações. Ele continha 4.300.000 transistores de 0.35 microns cada.

Frequência  (a partir) 166 MHz Bits 32 Volts 2.9 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS 690 MFLOPS 302 Cache L1 32 Kbytes Arquitetura Cisc

AMD K6: Foi o primeiro processador AMD a conseguir um fatia do mercado.

Frequência  (a partir) 166 MHz Bits 32 Volts 2.9 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS ? MFLOPS Menor Desempenho Cache L1 64 Kbytes Arquitetura Risc

AMD K6-2: Introduzio as intruções 3D-Now! (parecidas com as MMX da Intel). Eles são compatíveis com as instruções MMX do Pentium.

Frequência  (a partir) 300 MHz Bits 32 Volts 2.2 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS 1665 MFLOPS 475 Cache L1 64 Kbytes Arquitetura Risc

Cyrix 6X86MX: É mais um dos concorrentes que havia para o MMX da Intel.

Frequência  (a partir) 133 MHz Bits 32 Volts 2.9 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS (versão MII) 661 MFLOPS (versão MII) 232 Cache L1 64 Kbytes Arquitetura Cisc

Pentium PRO: Este processador trouxe várias inovações. A partir dele a Intel começou a adotar a tecnologia Risc. Outra inovação foi a integração da Cache L2 que até então era encontrada na placa mãe. Ele também dá suporte a multiprocessamento.

Frequência (a partir) 133 MHz Bits 32 Volts 3.1 ou 3.3 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS (200 MHz) 417 MFLOPS (200 MHz) 110 Cache L1 16 Kbytes Cache L2 256 Kbytes Arquitetura Risc

Pentium II: Neste processador, a Intel optou por seguir um modelo de cartucho (parecido com os de vídeo-game). Esse processador era encaixado no Slot 1.

Frequência (a partir) 233 MHz Bits 32 Volts 3.3 Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS ? MFLOPS ? Cache L1 32 Kbytes Cache L2 (1/2 Bus) 512 Kbytes Arquitetura Risc

            Foram lançadas a versões Pentium II XEON, de alto desempenho e consequentemente alto preço. Sua diferença está na quantidade e frequência de cache L2. No XEON, ela funciona na mesma frequência do processador, o que não ocorre no antigo.

Celeron: Como o Pentium II era muito caro, a Intel resolveu lançar uma nova versão de processador, que era parecido com o Pentium II, só que mais barato. Para baratear ela resolveu tirar completamente a cache L2 e ficar só com a L1 integrada. Isso acarretou uma má fama ao Celeron, pois até os mais especialistas não gostaram do resultado. Foi então que nas versões superiores, a Intel resolveu integrar novamente a L2, só que com apenas 128 Kbytes, só que estes integrados diretamento no núcleo do processador, visando um melhor desempenho.

Frequência (a partir) 266 MHz Bits 32 Volts ? Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS 836 MFLOPS 241 Cache L1 32 bytes Cache L2 128 Kbytes Arquitetura Risc

Pentium III: O Pentium III, se comparado com os outros, é o que possui mais variações. Eles foram construídos com arquitetura Katmai, que é muito parecido com o Pentium II só com as novas instruções SSE (ainda no modelo de cartucho) e os que segue a arquitetura Coopermine que além de já conter transistores de 0.18 microns (menor que o do Katmai) contém a cache L2 incluída no núcleo do processador, o que as permitem trabalhar na sua frequência. Essas cache internas recebem o nome de Full-Speed.

Frequência 1 GHz Bits 32 Volts ? Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS (a de 600 MHz)1619 MFLOPS (a de 600 MHz) 804 Cache L1 32 Kbytes Cache L2 512 Kbytes Arquitetura Risc

Obs: Está já uma das versões mais avançadas do Pentium 3 Coopermine.

            Um fator importante, é que as intruções SSE podem ser executadas ao mesmo tempo em que o processador está executando outras instruções comuns, o que resulta num maior desempenho.

AMD Athlon: Foi a cartada da AMD para poder competir com os processadores da época. O Athlon se distacou graças a reformulação que foi feita em cima do seu coprocessador que agora apresentava maior performance que o do Pentium III.

Frequência 1.666 MHz Bits 32 Volts ? Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS 4698 MFLOPS 2302 Cache L1 128 Kbytes Cache L2 256 Kbytes Arquitetura Risc

Obs: Esta é uma versão mais atual chamada de AMD Athlon-XP 2000+.

            Esta versão é uma versão do Athlon mais atual, e por isso tem seus valores mais elevados se comparando com os vistos até agora.

AMD Duron: O Duron veio para competir com os demais processadores de baixo custo, só que superou as espectativas, pois mesmo sendo projetado para ser um processador mais barato, ele em determinadas situações chega a atingir performance muito boa, superando todos os outros processadores de baixo custo.

            Ele atingiu esse resultado, grassas ao seu projeto que segue o do Athlon. Ele também possui a cache L2 embutida no processador, só que em número muito menor. Sua vantagem é a de que ele continua com a L1 de 128. Com isso, em geral ele conseguiu um número maior que a apresentada no Celeron e por isso tem melhor desempenho.

Frequência (a partir) 600 MHz Bits 32 Volts ? Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS ? MFLOPS ? Cache L1 128 Kbytes Cache L2 64 Kbytes Arquitetura Risc

O único problema do Duron, é que as placas que tem seu slot ainda tinham o preço alto aqui no brasil, ficando algumas vezes inviável para aquele usuário que quer gastar pouco dinheiro. É claro que se deve fazer a avaliação de custo/benefício. Em certos casos, é mais vantagem adquirir uma placa mais cara (porém melhor) e além disso adquirir um processador barato que apresenta desempenho melhor do que os outros de sua linha.

Pentium 4: As primeiras versões do Pentium 4 já vinham na frequência de 1.4 GHz, além de muitas outras inovações. A nova arquitetura que a Intel usou para fazer seus processadores (Pentium 4) é composta por quatro partes: Uma é chamada de Hyper Pipelined Technology e tem como característica um grande número de estágios (20). Outra e a Execution Trace Cache que é um novo planejamento da cache L1. Ela, em vês de apresentar muitos Kbytes, contém apenas 8, o que reduz o tempo de latência do processador (ou seja, o tempo que ele leva para buscar os dados) e além de ser pequena ela guardas apenas dados já codificados e preparados para serem processados apenas por instruções simples (aquelas da tecnologia Risc). O processador continua entendendo as intruções x86 (arquitetura Cisc) só que antes dele guardá-las na cache L1, ele primeiro as transforma em instruções simples (Risc) o que torna o processo mais rápido. Outra inovação é a do Barramento de 400 MHz. Na verdade o processador não trabalha com o barramento externo de 400 e sim ele trabalha com o de 100 só que a cada ciclo realiza 4 transferências, o que ocasiona um suposto barramento de 400 MHz. A última das 4, é a chamada de Rapid Execution Engine, que é um aperfeiçoamento na parte do processador que é responsável pelos processos simples (Unidade Lógica e de Aritmética). Elas agora formam um conjunto de 5 unidades que o torna muito mais potente nessas operações. Uma desvantagem é a de que o coprocessador não acompanhou esse desenvolvimento, o que torna o desempenho em certas ocasiões, pior até mesmo que o do Pentium 3. Para compensar essa desvantagem, o Pentium 4 criou as instruções SSE2 que justamente fortificam essa parte mais frágil. Hoje em dia, já existem versões do Pentium 4 que apresentam a cache L3 incorpada no processador. Seguindo a mesma lógica, ela é maior porém mais lenta.

Frequência 3.2 GHz Bits 32 Volts ? Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS  9789 MFLOPS 6204 Cache L1 8 Kbytes Cache L2 512 Kbytes Cache L3 2 Mbytes Arquitetura Risc

AMD Athlon 64: A AMD foi a pioneira nos processadores de 64 bits. Essa nova tecnologia é recente e para usuários comuns ainda é cara, pois o processador sendo de 64 bits, os componentes que o suportam também devem acompanhá-lo. Existem técnicas que possibilitam usa-lo em placas que ainda não o dão suporte, mais assim ele não estará apresentando seu máximo desempenho. Outro fator que deve ser levantado é o de que os Sistemas Operacionais, ainda não estão preparados para atender esse processador. Da mesma maneira, ele funciona com o S.O. de 32 bits, mais com isso também ficará limitado. Este é o atual concorrente do Pentium 4 da Intel, mesmo considerando todas as restrições apresentadas. Quando os softwares e componentes realmente estiverem preparados para seu desempenho, a Intel, se não quizer ficar para trás, também terá que adotar essa tecnologia.

Frequência 3.4 GHz Bits 64 Volts ? Acesso a RAM 4 Gbytes MIPS ? MFLOPS ? Cache L1 128 Kbytes Cache L2 1 MByte Arquitetura Risc

8   SLOTS E SOQUETES

            Como você sabe, quem sustenta o processador (onde ele fica localizado) é a placa mãe, e por isso é que ela possui um encaixe próprio para os processadores. Um detalhe importante, é que com a evolução dos processadores, seus encaixes tiveram que ir se aperfeiçoando também o que ocasionou um grande número de encaixes específicos para cada etapa da evolução dos processadores. Esse também é um importante fator a ser considerado na hora da configuração dos processadores. Veremos isso com mais detalhes na apostila referente a placa mãe e sua configuração. É importante destacar o fato de que nós não somos obrigados a “decorar” que determinado versão do processador de certa marca encaixa no slot tal, pois essas informações já vem no manual da placa mãe e sempre que formos realizar uma configuração, teremos que estar com este manual em nossas mãos.

9   CURIOSIDADES

Microprocessador: Antigamente, os processadores eram grandes e em vez de possuírem transistores, contiam válvulas. Foi quando, em meados da década de 50 foi consagrada a tecnologia dos circuitos integrados, que contiam vários transistores em uma única pastilha (chip) que eram muito menores que os antigos processadores, daí veio a palavra microprocessadores.

Upgrade: É o nome que se dá ao ato de trocar um componente (antigo) de uma computador por um de tecnologia mais avançada. Por exemplo, um Upgrade de um processador Pentium III para um Pentium 4.

Memória Virtual: É a tecnica também conhecida com swaping, em que a memória principal recorre a unidade secundária de armazenamento para poder lhe dar auxílio na armazenagem dos dados.

Clock: É um circuito que existe no computador que faz o papel de um relógio. É ele que determina a velocidade de transferência dos dados entre os periféricos. Todos os componentes do computador acompanham os ciclos impostos pelo clock, inclusive o processador. O clock também é medido com a unidade hertz.

Pipeline: São estágios que acontecem dentro do processador. É fácil de enteder se você fizer uma associação a uma indústria de carros. Primeiro o carro passa por um estágio, depois por outro, e assim até que ele fique pronto. Cada processador tem um número de estágios pelos quais os dados devem passar até que se tornem prontos. E a essa arquitetura se dá o nome de Pipeline.

10   BIBLIOGRAFIA

Informática: conceitos básicos / Fernando de Castro Velloso

   4. ed. Ver. E atual. – Rio de Janeiro: Campus, 1999

Hardware: Guia de Aprendizagem Rápida PC / Carlos Morimoto

   2. ed. – Rio de Janeiro: Book Express, 2001

SITES VISITADOS

http://www.pcguide.com/ref/cpu/fam/g4.htm

http://logout.sh.cvut.cz/~astro/main/cpu/cyrix/486.htm

http://www.pcstats.com/articleview.cfm?articleid=808&page=6

http://cudebebado.cabaretvoltaire.com/index.php?IntelWiki

http://www.uv.tietgen.dk/staff/mlha/Buzz/Intel.html

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Intel_microprocessors

http://cpu-museum.de

http://www.supercomp.org

http://www.pcstats.com

http://cudebebado.cabaretvoltaire.com

http://www.intel.com

http://www.samsung.com

http://www.mercadolivre.com.br

Exercícios

1- Marque com um X as opções onde o item descrito fica dentro dos processadores descritos abaixo:

Processador 80286 da Intel	(   ) Memória RAM (   ) Placa De Fax-Modem (   ) Memória Cache L1 (   ) Bios (   ) Unidade Central de Processamento (   ) Coprocessador (   ) Unidade de Lógica e Artimética
Processador Athlon da AMD	(   ) Disco Rígido (   ) Memória Cache L2 (   ) Transistor (Vários) (   ) Unidade Central de Processamento (   ) Memória Cache L3 (   ) Coprocessador (   ) Fonte de Alimentação

2- Qual foi o primeiro mircroprocessador do mundo?

3- Qual foi o primeiro processador a incorpar o coprocessador aritmético?

4- Quais são as duas unidades usadas para medir de modo geral a performance dos processadores?

5- O que significa Upgrade?

6- Se realizarmos um Upgrade para um novo processador sem observarmos se a voltagem do novo é compatível com a do antigo, o que poderá acontecer?

7- Marque a primeira coluna de acordo com a segunda:

1- Frequência 2 - Risc 3- Volts 4- Acesso a Memória 5- Memória SRAM

(   ) Unidade usada para medir o número de ciclos que um processador realiza por segundo. (   ) É a memória que geralmente é usada na fabricação de memórias cache. (   ) Serve parar representar a quantidade de memória que o processador é capaz de endereçar. (  ) É quanto de energia o processador consome. (   ) Arquitetura usada pelos processadores que reconhecem apenas as instruções básicas (poucas instruções).