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ÍNDICE
- INTRODUÇÃO A MICROPROCESSADORES...........................................................
- MICROPROCESSADOR E MICROCOMPUTADOR.................................................
- PROGRAMAÇÃO..........................................................................................................
- PALAVRAS DO COMPUTADOR................................................................................
- COMPRIMENTO DA PALAVRA................................................................................
- MICROCOMPUTADOR ELEMENTAR......................................................................
- AS EVOLUÇÕES DOS MICROPROCESSADORES..................................................
- 7.1 1ª GERAÇÃO..........................................................................................................
- 7.2 2ª GERAÇÃO..........................................................................................................
- 7.3 3ª GERAÇÃO..........................................................................................................
- 7.4 5ª GERAÇÃO..........................................................................................................
- 7.5 6ª GERAÇÃO..........................................................................................................
- 7.6 7ª GERAÇÃO........................................................................................................
- PROCESSADORES AMD (Advanced Micro Devices)..............................................
- PROCESSADOR AMD DURON................................................................................
- PROCESSADORES ATHLON XP..............................................................................
- PROCESSADORES INTEL®.......................................................................................
- PROCESSADORES CELERON 2,4 GHZ...................................................................
- PENTIUM 4 DE 64 BITS.............................................................................................
- PENTIUM 4 x ATHLON.............................................................................................
- CONCLUSÕES............................................................................................................
- BIBLIOGRAFIA..........................................................................................................
1. INTRODUÇÃO A MICROPROCESSADORES
O Microprocessador é o principal componente de um computador. Porém, é importante entender que o desempenho de um computador não é determinado apenas pelo processador, e sim pelo trabalho conjunto de todos os seus componentes: placa mãe, memória RAM, HD, Placa de Vídeo, etc. A primeira característica a considerar num computador é sua unidade central de processamento, que poderá fornecer uma série de indicações sobre o equipamento. A CPU (Central Processing Unit), também pode ser chamada de processador ou microprocessador. Tudo o que acontece num computador provém Do microprocessador, que gerência todos os recursos disponíveis no sistema, seu funcionamento é coordenado pelos programas, que indicam o que deve ser feito e quando. Basicamente, microprocessador executa cálculos como somas e comparações entre números, mas com uma característica muito especial: uma velocidade extremamente elevada. O que as diferenciam é sua estrutura interna e, o mais importante, o fato de cada uma ter seu conjunto de instruções próprio, esse é um dos principais motivos da incompatibilidade entre os computadores. Cada etapa é denomina ciclo de instrução. Este ciclo se repete indefinidamente até que o sistema seja desligado, ou ocorra algum tipo de erro, ou seja, encontrada uma instrução de parada. Podemos dizer que as tarefas de um microprocessador podem ser divididas em duas categorias: Função processamento : Encarrega-se de realizar as atividades relacionadas com a efetiva execução de uma operação, ou seja, processar. Função Controle : É exercida pelos componentes da UCP (UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO), que se encarregam das atividades de busca, interpretação e controle da execução das instruções, bem como do controle da ação dos demais componentes do sistema de computação.
2. MICROPROCESSADOR E MICROCOMPUTADOR O microprocessador ou MPU é um elemento lógico complexo que executa funções lógicas, aritméticas e de controle. Geralmente o microprocessador é embalado num único CI. Um microcomputador contém diversos circuitos além do microprocessador. Entre esses circuitos tem-se memórias para guardar informações, adaptadores de interfaces para se conectar o microcomputador ao mundo exterior, clock para agir como temporizador para o sistema. A figura a seguir mostra um microcomputador típico. As setas indicam condutores destinados ao fluxo de informações binárias. As setas largar indicam diversos condutores em paralelo. Um grupo de condutores que conduzem informações é chamado de bus. Na figura o microcomputador está dentro da linha tracejada, sendo que a porte fora da linha é denominado mundo exterior, e todos microcomputadores devem ter meios de comunicação com ele. A informação recebida pelo microcomputador do mundo externo é chamada de dado de entrada e a informação transmitida para o mundo exterior pelo microcomputador é chamada de dado de saída. As informações de entrada podem vir de dispositivos tais como chave mecânicas, leitoras de fita, teclados, outros computadores, etc. As informações de saída podem ser enviadas a vídeo displays, perfuradoras de papel, impressoras, etc. Esses dispositivos são referidos como I/O ou dispositivos de entrada/saída. O ponto no qual o dispositivo I/O é conectado ao microcomputador é chamado de porta I/O.
fundamental de informação. O tamanho da palavra mais comum para microprocessadores é 8 bits. Nestes microprocessadores as instruções, os endereços, os números e os dados são representados pro números binários de 8 bits. O menor número binário de 8 bits é 0000 0000 ou hexa 00, e o maior número binário de 8 bits é 1111 1111 ou hexa FF, o que corresponde em decimal a 0 a 255. Então um número binário de 8 bits pode ter 256 valores diferentes. Apesar de palavras de 8 bits ser mais usada, tem-se também outros tamanhos como 4 bits, 8 bits, 12 bits e 16 bits. Neste texto serão discutidos microprocessadores de oitos bits. Deve ser frisado que apesar de usar palavra de 8 bits, não significa que o microprocessador ficará restrito a números decimais menores de 255. Simplesmente deve-se usar duas ou mais palavras para representar números maiores. Então Byte é um grupo de bits que são manuseados como uma unidade. No microprocessador de 8 bits cada palavra consiste de um byte, nas de 16 bits cada palavra consiste de 2 bytes.
0 0 0 0 0 0 0 0 Bit 7 Bit 0 1 palavra = 1 byte
Bit15 Bit 1 palavra = 2 bytes
6. MICROCOMPUTADOR ELEMENTAR A principal dificuldade para se aprender microcomputadores é a complexidade do seu principal componente, o microprocessador. O microprocessador pode ter uma dúzia ou mais de registros com tamanhos variáveis de 1 até 16 bits. O microprocessador tem diversas instruções, algumas das quais podem ser executadas de diversos modos diferentes. Além disso o microcomputador tem o bus de dados (data), endereço(address) e controle (control). O microcomputador da figura a seguir é uma versão simplificada de um produto real. A figura mostra o diagrama básico do microprocessador, a memória e o circuito I/O.
Dentro de um processador temos vários conjuntos de dispositivos que permitem que ele execute suas operações tais como: A UAL (unidade aritmética e lógica) é o dispositivo do microprocessador que executa realmente as operações matemáticas com os dados.
Os registradores servem para armazenar os dados para que eles possam ser passados para a UAL, eles funcionam como uma memória auxiliar da UAL. A Unidade de Controle é o dispositivo mais complexo do processador. Ela recebe instruções da unidade de I/O, as converte em um formato que pode ser entendido pela unidade de aritmética e lógica, e controla qual etapa do programa está sendo executado. O Relógio é o dispositivo gerador de pulsos chamado de ciclo. A freqüência é a quantidade de vezes que esses ciclos se repetem em um segundo. A unidade de medida é Hz. O registrador de instrução tem a função específica de armazenar a instrução a ser executada pela UCP. Contador de Instrução é o registrador cuja função específica é armazenar o endereço da próxima instrução a ser executada. O Decodificador de Instrução é um dispositivo utilizado para identificar as operações a serem realizadas. Registrador de Dados de Memória - RDM e Registrador de Endereços de Memória – REM São os registradores utilizados pela UCP e memória para comunicação e transferência de informações. Em geral o RDM possui um tamanho igual ao da palavra do barramento de dados, enquanto o REM possui um tamanho igual ao dos endereços da memória. O barramento de controle forma juntamente com o barramento de dados e de endereço o conjunto de barramentos do microprocessador.
A história do 8086 é bem simples. Quando ele foi lançado, a maioria dos dispositivos e circuitos disponíveis eram de 8 bits. Era muito caro adaptar todo o resto do computador por causa do processador. E foi isso que acabou com o 8086. Para adaptar-se a este mercado a Intel lançou o 8088, com barramento externo mais lento, de 8 bits. Deixando a diferença de barramento externo, ambos eram idênticos. Quando este chip, o 8086, veio a ser utilizado já era tarde demais. Ele chegou até a fazer parte de uns poucos clones do IBM PC e posteriormente em dois modelos do IBM PS/2 e de um computador Compaq. Mas sua destruição veio com um processador mais poderoso, o 80286. Outro possível fator para a pouca aceitação deste processador pode ter sido a falta de unidades devido à demanda. Nunca havia chips suficientes para produzir computadores em grande escala. i Este foi o processador criado para se adaptar aos recursos existentes no contexto da época. Aliás, a sua existência se deve exclusivamente a dois fatos: economia e velocidade dos circuitos e dispositivos existentes. Possuía um barramento de dados interno de 16 bits e um externo de 8 bits. A história do 8088 é mais simples ainda que a do 8086. Como criar um sistema para o 8086 consistia em utilizar componentes mais rápidos e mais caros que os disponíveis na época, criou-se um processador que se encaixava nas condições existentes. Pronto, só isso. A adaptação consistiu em reduzir a velocidade do barramento externo de 16 para 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 dos modens atuais.
7.2 GERAÇÃO 2 i Este é o único exemplar da segunda geração de processadores. O 286 chegou para tomar de assalto o lugar dos processadores de primeira geração. A IBM lançou o 286 inicialmente no seu IBM PC-AT (advanced tecnology, ou tecnologia avançada). Depois vieram os clones. Deste, os mais famosos foram os Compaq. A Compaq usou o 286 em 6 micros e a IBM em 5, sendo 4 destes modelos PS/2. O abismo entre o 286 e seus antecessores é enorme. Basicamente foram três diferênças importantes. A primeira foi a capacidade de utilizar até 16 Mb de memória, dezesseis vezes mais que os da geração anterior. A segunda foi a criação da memória virtual. Com este recurso o processador poderia utilizar outras fontes de memória externas para simular memória interna. Assim, além dos 16 Mb de memória real que o 286 podia manipular, era possível simular mais 1 bilhão de bytes. A terceira melhoria foi a multitarefa de hardware. Não significa que o processador era capaz de executar multitarefa real (preemptiva), como conhecemos hoje. Esta é a multitarefa cooperativa, onde o processador executa os programas em intervalos, pulando de um para o outro numa velocidade tão alta que os programas parecem estar rodando simultaneamente. Ainda existia uma outra característica. Enquanto os processadores anteriores executavam sempre no modo real, o 286 poderia trabalhar também no modo protegido. No modo real ele agia como os processadores de primeira geração, o que manteve a compatibilidade entre gerações. Já no modo protegido é que ele brilhava. Programas eram executados em porções protegidas da memória, individualmente. Problemas em determinada aplicação não afetariam as outras. Já no modo real, programas mal-comportados poderiam comprometer todo o sistema.
Como o sistema operacional mais utilizado era o DOS, para a maioria de nada adiantou o 286 ter esta capacidade. O DOS ainda era baseado no 8086 e, logo, era limitado aos recursos deste processador, mesmo tendo o 286 à sua frente. Sistemas operacionais de verdade utilizaram estas capacidades especiais do 286. Foram o OS/2 e alguns tipos de UNIS (Xenix e AIX). Aqui se percebe como começou a saga dos GPF do Windows. No fundo, até o Windows 95 tem um pedaço do DOS 1 dentro dele.
7.3 GERAÇÃO 3 A terceira geração de processadores Intel foi outra senhora evolução de performance em relação a segunda geração. Até aqui a Lei de Murphy, talvez o cara mais otimista que já vi na minha vida, está totalmente correta. Relembrando os mais desmemoriados, Murphy praticamente profetizou que a cada 18 meses a performance dos processadores duplicaria. Até aqui ele está correto, o que não ocorre nos dias atuais. Foi por volta desta geração que se começou a apelidar os processadores carinhosamente como os "oitões". O 386 era e ainda e conhecido pelos mais próximos como o "três-oitão". i80386DX Foi a primeira versão do "três-oitão". Também foi o primeiro processador totalmente de 32 bits, ou seja, ele operava tanto internamente quanto externamente a 32 bits. Este processador continuou a ter uma modalidade real para manter compatibilidade com os processadores anteriores. Mas o modo protegido era mais evoluído que o do 286. Foi a partir do 386 que se formou o conjunto de instruções padrão x86. Desde então, mínimas mudanças ocorreram no x86. As capacidades de memória também cresceram. Era possível manipular, teoricamente, 4 Gb de memória real e 64 trilhões de bytes de memória virtual. Aliada a capacidade de processar 32 bits de uma vez só, o 386 se tornou capaz de executar programas muito mais complexos. Dando um exemplo no mundo dos games, Doom foi o primeiro jogo que eu tenho notícia a ser 100 % 32 bits, e por isso é que ele tinha toda aquela complexidade. Não acabou por aqui, não! A Intel adicionou um novo modo de operação, o modo 86 virtual. Foi a partir daqui que começaram a aparecer os sistemas operacionais multitarefa, como o OS/2. O Windows 386 também usou esta habilidade para poder executar vários programas DOS em separado, protegidos um da capacidade destrutiva do outro. Os sistemas operacionais gráficos só se tornaram possíveis com este novo recurso do 386. O 386 da Intel só ficou no 33 MHZ. Foi preciso que alguns clones aparecessem para que ele fosse mais longe. Os clones da AMD e da Cyrix atingiram um máximo de 40 MHZ. O motivo da Intel ter se limitado a esta velocidade parece ser receio de que um 386 fosse mais potente que um 486. De fato, um bom 386 de MHZ poderia ser comparado a um 486 dos mais simples.
7.4 5ª GERAÇÃO O Pentium é o primeiro microprocessador considerado de 5ª geração. Fabricado pela Intel, foi lançado em 1993, nas versões de 60 e 66 MHz. Os microprocessadores Pentium contêm mais de três milhões de transistores e já incluem co-processador matemático e memória cache. Foram lançadas versões de 75, 90, 100, 120, 133, 155, 166 e 200 MHz. Pentium é um microprocessador de 32 bits, mas com várias características de 64 bits. O Pentium MMX foi lançado no inicio de 1997 foram adicionadas 57 novas instruções. As novas instruções visavam melhorar o desempenho do processador em aplicações multimídia e processamento de imagens. O Pentium MMX pode ser encontrado em versões de 166, 200 e 233 Mhz. Todas usando barramento de 66 Mhz. A conexão é feita através do Soquete 7.
conectores PCI e dois conectores para memória. Em compensação, o processador Celeron suporta vídeo AGP, memória do tipo SDRAM e discos UltraATA. O DURON é na verdade um ATHLON mais barato. Tem arquitetura interna idêntica a do Athlon sendo diferenciada pela existência de 64 kb de memória na cache L2, acessando na mesma frequencia interna do processador. Tem codinome de SPITFIRE. É concorrente direto do CELERON. Tem cache L1 de 128 kb e opera a 100Mhz transferindo dois dados por pulso de clock, tendo um desempenho como se operasse a 200Mhz, mais para ter esse potencial todo sua memória RAM tem que ser DDR- SDRAM ou RAMBUS(RDRAM). O Pentium III Projetado para a Internet, vem com clock de 450 e 500 MHz, e com 70 novas instruções que habilita aplicativos de processamento avançados de imagens, 3D, áudio e vídeo, e reconhecimento de voz. Seu barramento é de 100 MHz, com memória cache secundária de 512KB.
7.6 7ª GERAÇÃO O processador Pentium 4 é primeiro processador Intel de 7º geração lançado, suas características são as seguintes: CACHE L1: Estes tem dados de 8KB. Não tem cache de instruções, em vez disso tem um de microinstruções que é capaz de armazenar 12.288 microinstruções.C ACHE L2: Este de 256 KB operando na mesma freqüência de operação interna de processador. Comunica-se com o cache L1 através de um barramento de 256 bits fazendo com que esta comunicação seja mais rápida do que os das gerações passadas. Arquitetura superescalar: Unidade de execução superescalar com 7 unidades de execução, a unidade de execução simples operam internamente com o dobro do clock interno do processador. Barramento externo: opera transferindo 4 dados por pulso do clock, em vez de apenas um, como era nos processadores anteriores. Os processadores pentium 4 hoje disponíveis no mercado tem um padrão de pinagem chamados de soquete 423, precisando de uma placa mãe específica. Os novos modelos se chamarão de soquete 478. Conhecido como K7, ou Athlon , é da 7° geração utiliza uma nova arquitetura interna diferente da usada pelo K6. Essa arquitetura também é usada pelo processador da AMD DURON. Tem nove unidades de execução trabalhando em paralelo onde pode executar nove microinstruções simultaneamente, possui 3 unidades de processamento, 3 unidades de geração de endereços e 3 de ponto flutuante. O co-processador matemático que era muito ruim, foi redesenhado tendo assim um desempenho superior. Foram incrementadas 24 novas instruções 3D NOW. Barramento de endereço de 43 bits, onde permite que o processador acesse diretamente até 8 tb´s de RAM. Existem dois modelos de processadores ATHLON,o de cartucho e o de soquete. Tanto a AMD quanto a Intel lançaram recentemente novos modelos de seus processadores, trazendo modificações importantes em comparação aos modelos anteriores. O novo modelo da AMD, o Athlon XP 3200+ , trabalha externamente a 200 MHz transferindo dois dados por pulso de clock. Esse processador é o último exemplar dos processadores de 32 bits lançados pela AMD que será substituído pelo Opteron. O Opteron é o primeiro processador para a arquitetura CISC capaz de trabalhar a 64 bits utilizando as instruções IA-32 (conhecidas também pelo nome x86). Este é o primeiro processador de 64 bits utilizando as instruções IA-32, sendo que todos os processadores atualmente disponíveis no mercado trabalham a 32 bits. O Pentium 4 de 3 GHz , tem duas características que o tornam único. Primeiro trabalha externamente a 200 MHz, similarmente ao que ocorre com o processador da AMD. A segunda característica desse processador é a tecnologia HyperThreading, que simula a existência de dois processadores na mesma máquina.
