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Bruno F. Silva HP
A Evolução dos microprocessadores
O microprocessador foi um componente que fez a diferença na evolução da computação. Foi crucial na miniaturização do hardware e conseqüente redução do custo. A evolução do microprocessador determinou uma mudança na vida da humanidade em geral, que passou a dispor de equipamentos nunca antes imaginados. O microprocessador evoluiu a uma velocidade incrível, e ainda continua, porém o hardware em geral mudou pouco. Isso nos faz pensar que a informática como um todo mal chegou na maturidade e ainda tem um longo campo de desenvolvimento, mais fantástico do que aconteceu desde o primeiro transístor até hoje. E o microprocessador é uma peça fundamental nesse desenvolvimento. Este trabalho tenta de um modo geral mostrar a história e evolução deste componente que mudou uma geração: o microprocessador.
EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA
Os primeiros computadores utilizavam circuitos eletromecânicos e válvulas. O aparecimento do transístor trouxe a redução do tamanho e da potência consumida em relação as válvulas, além de serem dispositivos mais robustos e confiáveis.Os computadores usando essa tecnologia estão classificados como de segunda geração. O domínio da tecnologia da física do estado sólido permitiu a integração de vários transístores em uma única embalagem com aproximadamente as mesmas dimensões de um único transístor. Surgiram então os circuitos integrados que foram responsáveis pelo aparecimento dos computadores de terceira geração. Estes computadores tinham maior potência de cálculo, eram mais rápidos, confiáveis e menores fisicamente de que seus antecessores de segunda geração. Atualmente, o processo de integração tem praticamente o mesmo custo para se integrar centenas, milhares ou milhões de transístores em uma única pastilha. Pode-se falar então na quarta geração de computadores pela utilização da integração eem altíssima escala (VLSI). Graças ao desenvolvimento da microeletrônica é possível construir toda uma Unidade Central de Processamento em uma única pastilha de silício. Essa pastilha, ou chip, denomina-se
microprocessador, sendo conhecido pelo nome de seu fabricante seguido de um determinado número.Exs: INTEL 8080, INTEL 8088, Z80, MOTOROLA 6800, etc. Os microprocessadores são classificados pelo tamanho da palavra - ou comprimento, em bits, da unidade de informação - que são capazes de processar de uma só vez. Os primeiros microprocessadores foram de 8 bits, seguidos pelos de 16 bits e, mais recentemente, pelos de 32 bits. O microprocessador é, portanto, a Unidade Central de Processamento de um microcomputador.
EVOLUÇÃO CRONOLÓGICA DOS
MICROPROCESSADORES
-A Intel projeta um chip de circuito integrado que poderia receber instruções e executar funções de dados simples. Esse projeto se tornou o microprocessador 4004.
-Gilbert Hyatt patenteou uma aplicação que seria o primeiro microprocessador da história. -A Intel criou um layout de circuitos, que era o microprocessador 4004.
Intel 4004, o primeiro
A primeira CPU com chip simples foi o intel 4004, um processador 4-bits destinado para ser uma calculadora. Ele processava dados em 4 bits, mas suas instruções eram 8 bits longos. As memórias de programas e dados eram separadas, 1K de memória de dados em 12 bit PC e 4K de memória de programa (na forma de quatro stacks). Havia também dezesseis registros de propósitos gerais de 4 (ou oito de 8 bits). O 4004 tinha 46 instruções, velocidade de 108 KHz, e tinha somente 2300 transistores. O 4040 foi uma versão superior ao 4004, nele foram acrescentadas 14 instruções, mais stacks (oito) e 8K de espaço para programas. Seu preço inicial era U$200. E usava 2300 transístores que podiam endereçar 640 bytes. Os manuais foram escritos por Adam Osborne. A Eletronic News publicou e ajudou na promoção do chip. A Intel ganhou o direito de comercializar seu chip abertamente.
-Scelbi Computer Consulting inicia o trabalho de design naquele que poderia ser o processador Scelbi-8H; -Intel lança o seu chip 8008, com 108 KHz, o primeiro microprocessador de 8 bits que acessava 1
-MOS anuncia o MC 6501 por vinte dólares e o MC 6502, por 25 dólares, ao mesmo tempo que o 8080 da Intel custava 150. -IBM começa a trabalhar no projeto "801", para desenvolver um chip que poderia ser usado tanto em pequenos como em grandes computadores.
-É fundada a Apple Computer Company. -O SC/MP, microprocessador de 8 bits aparece, com avançado multiprocessamento. Também o MCP-1600. -Zilog introduz o Z80, um chip de 8 bits.
O Zilog Z-
O Z-80 foi o aperfeiçoameto do 8080, e foi vastamente aperfeiçoado, ele também usava 8 bit de dados e 16 bit de endereçamento, e executava todos os códigos op do 8080 (não do 8085), mas com 80 a mais, suas instruções eram operadas em 1, 4, 8 e 16. Os registros foram duplicados, com dois bancos de registros (incluindo A e F)que podiam ser trocados entre eles. Isto permitiu operação rápida do sistema operacional. No Z-80 foram acrescentados dois registros de indíce (IX e IY). A velocidade do Z-80 era de 2.5mhz, para o Z80-H era 6mhz. O que realmente fez o Z-80 popular, foi a sua interface de memória - a CPU gerava sua própria RAM refresh signals (reativar sinais convertidos), isso significa simples projeto e baixo custo. Sua compatibilidade com o 8080 ,e CP/M, o primeiro modelo de microprocessador com sistema operacional padrão, fez dele a primeira escolha entre muitos outros sistemas. Foram também produzidas variantes do Z-80 como o Z-180 (também avaliavel como o Hitachi 64180, com componentes adicionados (dois timers 16 bit, dois controladores DMA, três portas seriais, e uma MMU(unidade de gerenciamento de memória) segmentada com mapeamento 20 bit. 1M de espaço para endereçametos e três segmentos de mapeamento de memória com tamanho variável em 16 bits(64K)), e o Z-280, versão 16 bits que foi introduzida em julho de 1987, com MMU 24 bit (16M), multitarefa, cache de 256 bytes, e vários novos códigos op foram acrescentados. O clock externo era 2 ou 4 vezes mais rápido que o clock interno (ex.: 16 Mhz da CPU com 4 Mhz de bus). Uma versão Z-380 - 16/32 bits também existiu. O Z-8 (1979) foi um processador inspirado no Z-80, porém em seu chip estavam: RAM (atualmente têm-se 124 para registros gerais e 20 para registros especiais) e ROM (muitas vezes um interpretador BASIC), e era disponível uma grande variedade de configurações que ultrapassavam os 20 Mhz.
-A Intel lança o chip 8086.dólares e pode acessar 1 MB de memória. Era baseado no design do 8080/8085. Intel 8086, o primeiro 80x Era um chip de 16 bits. Usava registradores de 16 bits e 29000 transístores. Preço de 360 dólares e pode acessar 1 MB de memória. Era baseado no design do 8080/8085. E foi o primeiro da família 80x86.
-Intel produz o microprocessador 8088, Intel 8088, o XT Conhecido como o XT. Possuia a mesma arquitetura e os mesmos programas do 8086, mas possuía um barramento de 8 bits, o que o tornava mais lento, porém mais barato que o 8086. E logo se tornou o padrão da insústria para computadores pessoais. -Zilog mostra o processador Z8000 de 16 bits. -Microsoft libera sua linguagem Assembler para os microchips 8080 e Z80. -O chip 68000 da Motorola é lançado. Motorola 68000 Era uma pastilha completamente nova, não era compatível nem com o 6800, nem com o 6809. Foi uma mudança radical em relação ao passado. Embora o barramento de dados possuísse 16 bits, todos os registradores que o programador via eram de 32 bits, e a má quina pode somar ou subtrair (não multiplicar ou dividir) números de 32 bits em apenas uma instrução, o que transformava o 68000 um híbrido entre 16 e 32 bits. Seu sucesso deu origem a outros processadores, da família 680x0.
-Apple Computer lança o Apple III, que usa o processador 6502A de 2 MHz. -Intel 8086, Zilog Z8000, Motorola M68000 e o chip PDP-11 da Digital Equipment começam a usar o Microsoft XENIX OS, uma versão do sistema operacional UNIX (multiusuario e
O 68008 era idêntico ao 68000, só que tinha barramento de 8 bits, para produtos simples. Já o microprocessador 68010, foi criado para poder suportar memória virtual, o que não acontecia com os chips 68000/68008. Podia endereçar 16 mega de memória. Seu antecessor, o 68012, apenas tinha a diferença de poder endereçar 2 Gb de memória.
-Intel apresenta o chip 80386 de 16 MHz. Usa registradores de 32 bits e 275 mil transístores. Seu preço inicial era de 299 dólares e podia acessar 4 GB de memória.
Intel 80386
Era o primeiro de bits. Possuia 275 mil transístores. Seu preço inicial era de 299 dólares e podia acessar 4 GB de memória. Foi uma evolução sobre o 80286, pois até aí o acesso à memória estava restrito a 16384 segmentos de 64 K. Incluia um endereçamento mais normal (registros de 32 bits), com mais números de processamento (incluindo paginação separada) adicionadas para compatibilidade com o design original. De fato, códigos escritos para o 8008 podem ainda rodar no mais recente P entium- pró. O 80386 também adicionou uma MMU (Unidade de Gerenciamento de Memória) de novos códigos, semelhante ao Z-280. -O Advanced RISC Machine (ARM), da Acorn, é lançado. Era um processador de 32 bits para uso doméstico. -Sun Microsystems trabalha em seu processador SPARC. -MIPS Technology apresenta o primeiro chip RISC disponível comercialmente, o R2000 (32 bits e 8 Mhz). Era pretendido para simplificar do design de processadores eliminando o travamento do hardware entre uma tarefa e outra.
-Motorola começa a trabalhar no processador 88000. -NexGen começa a trabalhar sobre a quinta geração de processadores x86. -Motorola apresenta o processador 68030.
-A Zilog introduz uma versão de 16 bits para CPU do Z80, a Z280. -A Commodore lança a primeira máquina IBM-PC compatível, usando um microprocessador
-Advanced Micro Device lança o AMD 29000.
AMD 29000
O 29000 tem um grande número de registros separados em conjuntos globais e locais. Permite tamanho variáveis de janelas, de 1 a 128 registros. Essa flexibilidade torna a alocação de registros mais fácil. Todos os registros podem ser protegidos, em blocos de quatro, do acesso. Isso torna o AMD 29000 mais útil para aplicações embutidas, que é onde esses processadores são usados. O AMD também inclui uma MMU( unidade de gerenciamento de memória).
-Motorola lança o chip 88000.
Motorola 88000
O Motorola 88000 é um processador de 32 bits, um dos primeiros CPUs de arquitetura RISC. Cada bus tem um cache separado, que simultaneamente acessa dados e instruções, sem causar conflitos. Com exceção disso, é similar à arquitetura da Hewlett Packard Precision. Embora o 88000 seja mais modular, tem um pequeno o elegante conjunto de instruções, apenas falta endereçamento (limitado a 32 bits). O 88000 tem 32 bits, com 8 distintas funções internas - e uma unidade de ponto flutuante. Mas o seu desenvolvimento foi atrasado quando a Motorola favoreceu o PowerPC em conjunto com a IBM. -Intel introduz 80386SX, como o 80386, mas com a diferença que tem 16 bits no barramento de dados.
Era o primeiro capaz de fazer uma operação com inteiro, uma multiplicação e adicionar uma instrução de ponto flutuante, pelo equivalente a três instruções, mas tudo ao mesmo tempo. Mas para ter o chip à velocidade máxima, requeria o uso de linguagem assembler: usado com os compiladores padrões tinha uma velocidade próxima aos outros microprocessadores. Por causa disso, ele foi usado como um coprocessador, para aceleração de ponto flutuante - como uma adição paralela para estações de trabalho. Outro problema do 860 era a dificuldade de interrupções manuais: tinha quatro operações reunidas em uma, então quando ocorria interrupções, poderia haver perda de dados, ao menos que um complexo código fosse usado para reparar o erro. E isso ocasionava perda de 62 ciclos até 2000 ciclos (50 microssegundos).
-A Motorola anuncia a disponibilidade do seu microprocessador de 32 bits 25 MHz, o 68040. Ele incorpora 1.2 milhões de transistores e inclui caches de dados e instruções. -A patente básica dos microprocessadores foi concedida a Gilbert Hyatt, 20 anos após a primeira aplicação da sua patente. -Motorola anuncia uma nova linha de processadores RISC, e o primeiro desta linha é o 88110. No 88110, gravação e pesquisa ficam no buffer, então o processador não precisa esperar, tornando o processamento mais rápido. -O processador INMOS T-9000 é designado para computação paralela.
INMOS T-
É um processador designado para ser acoplado a outros processadores para maior velocidade de processamento paralelo. O conjunto de instruções é minimizado, como no design RISC. A característica mais importante é que cada chip contém quatro conexões em série para ser conectado a uma estação de trabalho. O CPU possui muitos níveis de caches de alta velocidade. O cache principal possui 16 K, e é designado para três leituras e uma gravação simultaneamente. As instruções são com bytes, consistindo em quatro bits operacionais e quatro bits de dados, mas podem carregar dados extras, 4 bits por vez. Essa arquitetura faz instruções muito compactas, mas executando um byte de instrução por ciclo pode ser devagar para instruções de múltiplos bytes, então o T-9000 une esses bytes, que podem ser executado em paralelo e em cinco estágios.
-O microprocessador Motorola 68040 fica disponível, após um ano de dificuldades técnicas. -MIPS Technologies lança o processador R4000, de arquitetura RISC.
-Intel estréia o chip i486SX de 20 MHz, com o coprocessador aritmético i487SX. -A Intel produz o chip 80486 de 50 MHz -MIPS Techologies introduz oficialmente o R4000, um processador RISC de 64 bits.
MIPS R
O R4000 é uma nova versão do R2000, mas com controle de cache melhorado, expandido para 64 bits e é super ramificado (permitindo um maior clock e duas vezes mais instruções, ao custo de aumento da latência.
-Intel anuncia uma tecnologia duplicadora de clock para seus microprocessadores, permitindo que a velocidade do CPU (MHz) continue aumentando, sem precisar de uma placa-mãe e componentes mais rápidos, e estréia o 486DX2. -Digital Equipments descobre o Alpha 21064, um microprocessador de 64 bits. Alpha 21064 A arquitetura Alpha, segundo a DEC, foi designada para uma vida operacional de 25 anos. É uma arquitetura de 64 bits, mas permite conversões. O Alpha 21064 foi introduzido com uma unidade de ponto flutuante e uma unidade de busca/armazenamento. Ele adiciona uma unidade de ponto flutuante e aumenta a velocidade do clock de 200 para 300 MHz.
-A Intel introduz o processador Pentium de 60 MHz.
Intel Pentium
A Intel lançou no primeiro semestre de 1993 o microprocessador Pentium, que até naquele momento se supunha viria a chamar-se 586. O chip marca a quinta geração do PC, que surgiu em 1981 com o processador 8088, e elevou o computador à categoria de mainframe ao integrar o estado da arte da tecnologia de produção de circuitos integrados em um pequeno quadrado plástico de poucos centímetros de lado. Quando lançado, o chip chegou com desempenho até dez vezes superior ao do processador 486DX 33 MHz em operações matemáticas de ponto flutuante e devia ameaçar ainda mais a posição dos computadores de grande porte ao ser usado para construir poderosos servidores de
I.O Pentium tem dois caches de 8KB cada um, para dados e instruções. Eles agem como uma memória intermediária que guarda as informações mais usadas pela CPU, evitando que ela tenha de acessar a memória principal. Isso acelera o desempenho do micro. II.O barramento (bus) externo que faz a comunicação com a memória é de 64 bits. Com isso, a quantidade de informações transferida da memória para a CPU alcança a velocidade de até 528 MB por segundo. III.O coração do Pentium é a unidade de processamento superescalar, que usa dois pipelines independentes para executar duas instruções por ciclo de clock. IV.A unidade de ponto flutuante (FPU) processa operações com números fracionários a uma velocidade até dez vezes maior que um 486 DX de 33 MHz. V.No Pentium, a área de compatibilidade com o 386 ocupa apenas 5% da área útil do chip, contra os 20% necessários ao 486. Faz com que o chip possa usar todos os softwares feitos para os outros processadores Intel. VI.A nova unidade de previsão dos desvios analisa o programa que está sendo executado pela CPU e procura antecipar o caminho que a próxima instrução do software vai seguir. Pode aumentar a performance do processador em até 20%. -Motorola começa o primeiro chip PowerPC 601.
PowerPC 601
É o primeiro de 32 bits da linha de PowerPCs-Risc ( Reduced Instruction Set Computer). O 601 fornece altos níveis de performance para computadores desktop, estações de trabalho e sistemas de computadores com multiprocessamento simétrico. Tem um desenho superescalar que pode executar até 3 instruções por ciclo de clock. Executa em paralelo instruções emitidas para múltiplas unidades, e pode completar fora de ordem enquanto preserva programas corretamente. Tem 3 unidades de execução de inteiros (IU), uma BPU (Branch Processing Unit), uma unidade de ponto flutuante (FPU), e uma unidade de gerenciamento de memória (MMU). A habilidade para executar múltiplas instruções em paralelo e o uso de instruções simples com rápida execução trazem máxima eficiência aos sistemas PowerPC.
-Lançamento do processador Pentium de 90 MHz pela Intel. No mesmo mês houve o lançamento do chip de 100 MHz. -IBM e Motorola apresentam o processador PowerPC 601 com 100 MHz. Logo após apresentam o PowerPC 604 de 100 MHz.
PowerPC 604
Tem um design superescalar capaz de executar 4 instruções por ciclo de clock para seis unidades de execução independentes, incluindo:
- Duas unidades inteiras de ciclos simples;
- Uma unidade inteira de ciclos múltiplos;
- Unidade de processamento ramificada;
- Unidade de armazenamento/busca;
- Unidade de ponto flutuante. O microprocessador PowerPC 604 usa prognóstico de ramificação dinâmica para melhorar a precisão do monitoramento de instruções. Isso combinado com a incrível habilidade de executar através de duas ramificações indefinidas, permite múltiplas execuções com alto nível de eficiência. -MIPS Technologies apresenta o microprocessador R4400 de 64 bits e clock de 200 MHz. -O Dr. Thomas R. Nicely nota que o processador Pentium algumas vezes produz resultados falhos em ponto flutuante, trabalhando com apenas 4 a 8 casas decimais com precisão. -Digital Equipment Corporation produz o AXP1064A de 64 bits e 275 Mhz, usando processador Alpha RISC em grande número, custando U$1083 por chip. Após apresenta formalmente sua nova geração de processadores Alpha AXP, incluindo uma versão de 300 MHz, que pode executar um bilhão de instruções por segundo. -Sun Microsystems anuncia o processador RISC UltraSPARC de 64 bits. -IBM e Motorola apresentam e introduzem o protótipo do processador PowerPC 620, operando em 133 MHz. -MIPS Technologies apresenta o microprocessador RISC R10000 e a Intel o Pentium 75 MHz.
MIPS R
A versão R10000 traz a FPU( unidade de ponto flutuante) em um chip, e adiciona todas as características modernas, avançadas, às características da CPU, incluindo cache I/D separado (duas vias de 32 K cada), uma controladora a ias no chip, execução superescalar (despacha quatro instruções -possivelmente fora de ordem- para cada um dos inteiros, dois pontos flutuantes e uma unidade de busca/armazenamento).
conjunto completo de instruções. Também há a tecnologia "CRISC", isto é, um Cisc que ganha poder graças a muitas implementações RISC.
-Intel anuncia a imediata disponibilidade do Pentium P55C de 150 MHz e também o P55C de 166 MHz. A família Intel até o 80486 Nome : An o: Largura dos registradores Largura do barramento: Espaço de endereçamento: Comentários: 4004
4 4 1K
Prim eiro processador em uma pastilha. 8008
8 8 16K
Prime iro microprocessador de 8 bits 8080
8 8 64K
Prime ira Cpu de uso geral em uma pastilha 8085
8 8 64K 8080 reencapsulado 8086
16 16 1M Primeir a CPU de 16 bits 8088
16 8 1M Proces sador utilizado no IBM PC 80186
16 16 1M
8086 mai s suporte de entrada/saída</td 80188
16 16 1M 8088 mai s suporte de entrada/saída 80286
16 16 16M
Espaço de endereçamento aumentado para 16 megabytes 80386
32 32 70T Verdadei ra CPU de 32 bits 80386 SX
32 16 70T 386 com bar ramento de 286</td 80486 198 32 32 70T Versão m ais rápida do 386</td
Novos processadores da Intel Se a Intel continuar em seu rumo atual, boa parte da funcionalidade do modem será incorporada ao processador, utilizando um recurso que a empresa chama de processamento nativo de sinal. Isso significa que atualmente a CPU de um computador é tão poderosa que, juntamente com o software certo, pode funcionar como processador digital de sinais. Foi a IBM quem primeiro mostrou essa capacidade, com seu chip PowerPc, alguns anos atrás, e agora a Intel faz a mesma coisa. A empresa está adicionando novos recursos a seus processadores com uma coisa chamada MMX (multimedia extensions). O MMX vai permitir que o chip processe som, vídeo, cores, tudo em tela cheia. Além disso, a própria CPU substituirá periféricos, como placas de som e modens. Assim, a Rockwell precisava fazer alguma coisa ainda mais impressionante. E é o que ela tenta com a família de chips DSVD (DigitalSimultaneous Voice and Data). Eles suportam velocidades de 28,8 Kbps de dados, também voz e ainda contam com secretária eletrônica. Um Rival Para o Pentium A Advanced Micro Devices está lançando o seu primeiro processador feito para competir com o Pentium. O Am5x86-P75 usa tecnologia da geração 486. Por isso, com uma frequência de clock de 133 MHz, tem desempenho apenas 6% superior ao de um Pentium 75MHz. A AMD afirma que seu produto gasta menos energia e produz menos calor que o da Intel, o que possibilita a construção de notebooks mais compactos e com maior autonomia de bateria. CONCLUSÃO: O microprocessador, talvez por ser o "cérebro" do computador, foi a parte do hardware que mais evoluiu. E essa evolução ocorreu de forma muito rápida, provavelmente nunca imaginada pelo seu inventor e primeiros fabricantes. Por isso até nos indagamos -"para que evoluir mais?", pois a velocidade dos computadores de uso pessoal de hoje já é bem grande. Porém o homem insiste em buscar mais, tenta "extrair" da máquina o máximo. Como exemplo dessa evolução, vimos que os primeiros microprocessadores tinham velocidade em torno de 4 MHz e agora os mais potentes alcançam velocidades superirores a 200 MHz. Um aumento impressionante em mais ou menos vinte anos. Microprocessadores que há anos comprávamos ao mesmo preço do que um carro novo, hoje compramos por menos de 100 dólares. E o carro continua quase o mesmo preço.
