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PROCESSADORES

Cristina Santos Portuguese

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PROCESSADORES

O QUE É?
- É a parte central do microcomputador
  - é conhecido também como "cérebro" do micro
    - responsável pelo processamento da maior parte das informações
      - frequentemente a parte integrante mais cara e complexa do microcomputador.
        sua frequência de operação é medida em Megahertz (MHz) ou milhões de ciclos por segundo, também chamada de clock
        indica quantos ciclos de processamentos são realizados por segundo
        EVOLUÇÃO
        COLOSSUS
        computador inventado antes dos transístores
        primeiro computador verdadeiramente eletrônico
        criado por Alan Turing em 1943
        continha somente um programa
        seu único objetivo era quebrar códigos
        ENIAC
        desenvolvido por John Mauchly
        é reconhecido como o computador que deu início a computação eletrônica
        a partir de 1950 inicia-se a Geração de Computadores
        tamanho e preço começam a diminuir
        4 grandes empresas com tecnologia para produzir micros:
        INTEL
        lançou o primeiro microprocessador em 1971 que se chamava i4004
        formado por pouco mais de 2000 transístores
        foi o precursor dos processadores que temos atualmente
        O 8088 foi uma versão econômica do processador 8086, que havia sido lançado pela Intel em 78
        a IBM desenvolveu seu computador pessoal e usou o 8088 devido ao seu baixo custo
        o 8088 usava um barramento de apenas 8 bits, o que permitiu à IBM utilizar os mesmos componentes usados nos computadores de 8 bits da época, que eram muito mais baratos do que os periféricos de 16 bits.
        com isso o primeiro PC podia competir na mesma faixa de preço dos computadores de 8 bits mais populares e possuir um desempenho bem superior devido ao seu processador de 16 bits.
        O 8088 é capaz de acessar até 1 MB de memória RAM, e funciona a 4.77 MHz
        Dois anos depois, foi lançado o PC XT, que apesar de continuar usando o 8088 de 4.77 MHz, vinha bem mais incrementado, com 256 KB de RAM, disco rígido de 10 MB, monitor CGA e o MS-DOS 2.0
        Mesmo com o surgimento dos micros 286, o XT ainda continuou sendo bastante vendido, pois era mais barato
        o 8088 possuia a segmentação de endereços, que permitiu aumentar a quantidade de memória RAM suportada pelo processador
        o 8088 pode lidar apenas com palavras binárias de 16 bits, a princípio não seria possível para ele acessar mais do que 64 Kbytes de memória RAM
        então foram criados mais 4 bits de endereçamento, que permitem o acesso a 16 blocos de memória
        O processador 286 foi lançado em Fevereiro de 1982
        só passou a ser utilizado apenas em 1984, quando a IBM lançou o seu PC AT
        O principal avanço são seus dois modos de operação, batizados de “Modo Real” e “Modo Protegido”
        No modo real, o 286 se comporta exatamente como um 8086 (apesar de mais rápido), oferecendo total compatibilidade com os programas já existentes.
        No modo protegido, manifesta todo o seu potencial, com funções mais avançadas, como a capacidade de acessar até 16 Megabytes de memória RAM (usando os 24 bits de endereçamento ), multitarefa, memória virtual em disco e proteção de memória.
        modo protegido, o 286 deixava de ser compatível com os programas escritos para o modo real, inclusive com o próprio MS-DOS
        não possuía nenhuma instrução que fizesse o processador voltar ao modo real, isto era possível apenas resetando o micro
        os micros baseados no 286 eram usados para rodar aplicativos de modo real, que também podiam ser executados em um XT, aproveitando apenas a maior velocidade do 286
        a primeira versão do 286 funcionava a apenas 6 MHz, sendo lançada logo depois uma nova versão de 8 MHz, que foi usada no PC AT. Posteriormente, foram desenvolvidas versões de até 20 MHz.
        um 286 consegue ser quase 4 vezes mais rápido que um 8088 do mesmo clock
        O 386 foi lançado em Outubro de 85
        as companhias perceberam que não eram mais obrigadas a seguir a IBM
        a IBM começou a gradualmente perder a liderança do mercado
        o 386 é capaz de acessar a memória usando um barramento de 32 bits, permitindo uma transferência de dados duas vezes maior, é possível acessar até 4 GB de memória, mesmo sem usar a segmentação de endereços
        é possível alternar entre o modo real e o modo protegido livremente
        é usado um programa de DPMI (“DOS Protected Mode Interface”, ou “interface DOS de modo protegido”) para fazer o chaveamento entre os dois modos
        Os processadores 386 acima de 20 MHz eram muito rápidos para as memórias RAM . Por isso, o processador tinha que ficar “esperando” os dados serem liberados pela memória RAM para poder concluir suas tarefas, perdendo muito em desempenho. Para solucionar esse problema, passaram a ser usadas pequenas quantidades de memória cache
        a Intel optou por lançar uma versão de baixo custo do 386, batizada de 386SX, que apesar de continuar funcionando internamente com palavras de 32 bits, comunicava-se com a memória RAM e os demais periféricos usando palavras de 16 bits
        para diferenciar os dois processadores, a Intel passou a chamar o 386 original de 386DX
        o 386SX tornou-se uma boa opção em termos de custo-beneficio, mas em termos de performance ele fica bem atrás de um 386DX da mesma frequência
        O 386 foi o grande marco dos processadores para micros PC, pois foi o primeiro processador a trazer o conjunto de instruções x86, que são suportadas por todos os processadores modernos
        o 486 foi o primeiro processador a trazer cache integrado.
        o coprocessador aritmético passou a ser um item de série, não sendo mais vendido separadamente
        a Intel criou um 486 de baixo custo chamado de 486SX
        SX vinha sem o coprocessador aritmético, o que o tornava muito mais lento em aplicativos gráficos e científicos
        foi criado o recurso de Multiplicação de Clock, através do qual o processador trabalha internamente à uma velocidade maior do que a da placa mãe
        foram lançadas 6 versões do processador 486DX
        os processadores 486DX2 trabalhavam o dobro da frequência da placa mãe; e os 486DX4 trabalhavam o triplo da frequência da placa mãe
        surgiram também as placas mãe upgradable, que permitem atualizar o processador, apenas configurando alguns jumpers da placa
        os DX-33 foram os primeiros a utilizar cooler
        O recurso de multiplicação de clock surgiu para evitar que os processadores ficassem limitados à frequência da placa mãe
        Para melhorar o desempenho do 486, a Intel resolveu usar o pipeline
        técnica que consiste em dividir o processador em vários estágios distintos
        O 486, possui um pipeline de 5 níveis, ou seja, é dividido em 5 estágios
        isso não chega a multiplicar por cinco a performance do processador, na verdade não chega nem mesmo a dobrar, mas o ganho é bem significativo
        Pentium
        é um processador de 32 bits, capaz de acessar até 4 GB de memória RAM
        é de 65 a 100% mais rápido que um 486 do mesmo clock
        o processador aritmético foi completamente remodelado, é mais rápido em aplicativos que demandam um grande número de cálculos
        Os processadores Pentium existiram em versões de 60 a 200 MHz, sempre utilizando multiplicação de clock (com exceção apenas para as versões de 60 e 66 MHz)
        Pentium 60, 90, 120, 150 e 180 MHz tinham com uma placa mãe de 60 MHz respectivamente um multiplicador de 1x, 1.5x, 2x, 2.5x e 3x
        Pentium 66, 100, 133, 166 e 200 MHz com uma placa mãe de 66 MHz tinham respectivamente um multiplicador de 1x, 1.5x, 2x, 2.5x e 3x
        Pentium 75 MHz com uma placa mãe de 50 MHz tinha um multiplicador de 1.5x
        Pentium 200 MHz com uma placa mãe de 66 MHz tinha um multiplicador de 3x
        A primeira mudança trazida pelo Pentium foi o aumento da quantidade de cache L1, que passou a ser de 16 KB
        foram implementados três novos recursos, que tornaram o cache ainda mais eficiente:
        A primeira medida foi a divisão do cache em dois blocos de 8 KB, um dedicado a armazenar dados e outro dedicado a armazenar instruções
        Outra modificação foi a ampliação do barramento de dados entre o processador e o cache
        A última medida foi a adoção de um cache Write Back, que é capaz de cachear tanto as operações de leitura de dados na memória RAM, quanto as operações de escrita
        Previsão de desvio dinâmico
        foi incluído no Pentium um buffer de pré extração que armazena as próximas instruções a serem processadas, formando uma espécie de fila
        o buffer de pré extração funciona como uma espécie de cache L0, ficando entre o processador e o cache L1
        O buffer de pré extração também ajuda a memória cache a carregar antecipadamente os dados que o processador possa precisar
        Coprocessador Aritmético mais rápido
        o coprocessador do Pentium também passou a utilizar um pipeline para aumentar a velocidade de execução das instruções
        Arquitetura Superescalar
        o Pentium trabalha como dois processadores de 32 bits distintos (chamados de canaleta U e canaleta V), sendo capaz de processar duas instruções por ciclo de clock (uma em cada processador)
        Execução Especulativa
        a primeira canaleta do processador verifica se X é maior ou menor que 0, a segunda executa uma das duas opções seguintes (atribuir o valor 30 ou atribuir o valor 20 a Y)
        Acesso mais rápido à Memória
        é capaz de acessar a memória usando palavras binárias de 64 bits
        Este recurso permite que sejam lidos 8 bytes por ciclo, ao invés de apenas 4, dobrando a velocidade de acesso à memória
        o Pentium continua sendo um processador de 32 bits. Estes novos recursos servem apenas para melhorar o desempenho do processador
        Multiprocessamento
        a Intel incluiu no Pentium o recurso de multiprocessamento simétrico, que permite o uso de dois processadores na mesma placa mã
        o sistema operacional tem que ser capaz de reconhecer os dois processadores e acessá-los individualmente, dividindo as tarefas entre eles da melhor maneira possível
        Caso o sistema operacional não ofereça suporte ao multiprocessamento, apenas um dos processadores será usado pelo sistema, ficando o outro inativo.
        modelos lançados como processadores de baixo custo
        486DLC e 486SLC
        tentativa da Cyrix de entrar no mercado de processadores de baixo custo, oferecendo uma opção barata de upgrade para usuários de micros 386
        são basicamente processadores 386 (respectivamente o DX e o SX), que incorporam um pequeno cache L1 de apenas 1 KB
        não possuiam coprocessador aritmético
        a Texas Instruments desenvolveu versões próprias do 486DLC e SLC, preservando a mesma arquitetura, mas aumentando a quantidade de cache L1 para 8KB
        AMD 5×86
        a AMD continuou o desenvolvimento do seu processador 486, lançando uma versão de 120 MHz (que opera usando barramento de 40 MHz e multiplicador de 3x),e logo em seguida também uma versão de 133 MHz
        o AMD 5×86 não passa de um 486 funcionando a 133 MHz
        Cyrix Cx5x86
        apresenta um cache L1 de 16 KB
        A versão de 100 MHz do Cx5x86 possui um desempenho equivalente ao 5×86 de 133 MHz da AMD e ao Pentium 75, enquanto a versão de 120 MHz rivaliza em desempenho com um Pentium 90
        AMD K5
        não chegou a tornar-se muito popular devido ao seu lançamento atrasado
        O cache L1 foi ampliado, passando a ser de 24 KB, dividido em dois blocos, um de 16 KB para instruções e outro de 8 KB para dados
        Pentium Overdrive
        lançado pela Intel
        Este processador, apesar de internamente ter um funcionamento idêntico a um Pentium, utiliza placas mãe para processadores 486, sendo por isso chamando de Overdrive
        Além da baixa performance, o Overdrive era extremamente caro
        A única vantagem de se utilizar um processador Overdrive seria continuar utilizando a mesma placa mãe, trocando apenas o processador
        186
        O 80186 é uma evolução do 8086
        Apesar de não ter sido usado como processador em micros PC, o 80186 acabou sendo usado em controladores de HDs, controladores de interrupção entre vários outros periféricos
        Pentium MMX
        a Intel aumentou o cache L1 do processador, de 16 para 32 KB, o MMX passou a ser um pouco mais rápido do que um Pentium 1 da mesma frequência, mesmo nos aplicativos sem otimização
        AMD K6
        o K6 trazia 64 KB de cache L1 integrado ao processador e compatibilidade com as instruções MMX.
        a AMD manteve o K6 compatível com as placas mãe soquete 7 usadas pelo Pentium e Pentium MMX, facilitando bastante a vida dos usuários
        supera em desempenho o Pentium clássico e o Pentium MMX
        porém seu coprocessador aritmético possui uma arquitetura muito mais simples, sendo por isso bem mais lento
        o K6 já é um processador de sexta geração
        A principal diferença entre a arquitetura destes processadores e do Pentium e Pentium MMX antigos é que estes são na verdade processadores Post-RISC
        os fabricantes procuram desenvolver chips com transístores menores, a fim de diminuir o consumo de energia e a geração de calor
        As primeiras versões do K6 são chamadas de “modelo 6” e costumavam aquecer bastante, necessitando de um cooler de boa qualidade
        K6-2
        a AMD incorporou novas instruções ao seu processador, o conjunto 3D-Now
        formado por 27 novas instruções com o objetivo de agilizar o processamento de imagens tridimensionais, funcionando em conjunto com uma placa aceleradora 3D
        o K6-2 ainda utiliza cache L2 na placa mãe
        utilizar placas de 100 MHz no K6-2, fez com que o cache L2 ficasse 50% mais rápido, e a memória RAM, que teve seu desempenho aumentado na mesma proporção
        foi mantida a compatibilidade com as instruções MMX
        o K6-2 chegou a apenas 550 MHz
        foi sucedido pelo Athlon e o Duron
        3D-Now!
        obteve um grande apoio por parte dos desenvolvedores de jogos, conseguindo que a maioria dos jogos atuais sejam otimizados para as novas instruções
        o 3D-Now! é capaz de melhorar o desempenho do K6-2 onde ele mais precisa, no cálculo de números de ponto flutuante
        O 3D-Now continua presente no Athlon e no Duron, os processadores AMD atuais
        K6-3
        Lançado em novembro de 98
        A idéia do K6-3 é aumentar o desempenho através de uma maior eficiência da memória cache
        a AMD resolveu aproveitar o cache L2 encontrado em todas as placas mãe Soquete 7, passando a usa-lo como um cache L3
        a AMD tornou o K6-3 totalmente compatível com as placas mãe soquete 7, com a exigência de que a placa mãe seja capaz de fornecer a tensão correta para o processador e seja capaz de sinalizar o multiplicador correto.
        Media GX
        processador 6x86MX com circuitos controladores de memória e cache, e controladores de vídeo e som
        destinado ao mercado de PCs de baixo custo e, principalmente, a notebooks.
        consume pouca eletricidade, proporciona maior autonomia da bateria
        destina-se somente aos computadores de arquitetura fechada por exigir uma placa mãe específica
        Pentium Pro
        desenvolvido para competir no mercado de máquinas de alto desempenho
        inovações
        arquitetura superescalar com três canalizações
        multiprocessamento com até 4 processadores trabalhando em paralelo
        cache L2 integrado ao processador
        O barramento de endereços do Pentium Pro também foi ampliado
        de 32 para 36 bits, permitindo ao Pentium Pro endereçar até 64 GB de memória
        barramento “Backside Bus” dedicado unicamente à comunicação entre o núcleo do processador e o cache L2
        soquete 8 foi utilizado apenas em placas para processadores Pentium Pro
        Pentium II
        temos agora uma placa de circuito, que traz o processador e o cache L2 integrado
        O Pentium II exige uma placa mãe com o encaixe slot 1
        o Pentium II traz um cache L1 de 32 KB (dividido em dois blocos de 16 KB para dados e instruções), cache L2 integrado de 512 KB e compatibilidade com as instruções MMX.
        Como os processadores anteriores, o Pentium II também oferece suporte a até 4 GB de memória RAM.
        foi desenvolvido para o mercado doméstico
        Cache L2 integrado
        O Pentium II traz integrados ao processador 512 KB de cache L2
        o cache L2 trabalha com apenas metade do clock do processador
        produzido em duas arquiteturas diferentes:
        versões de até 300 MHz utilizam a arquitetura Klamath, que consiste numa técnica de fabricação de 0.35 mícron
        versões a partir de 333 MHz já é utilizada a arquitetura Deschutes de 0.25 mícron, que garante uma dissipação de calor muito menor
        possui um Pipeline de 10 estágios
        Multiprocessamento
        oferece suporte ao uso de apenas dois processadores simultaneamente
        Celeron
        versão de baixo custo do Pentium II
        era um Pentium II desprovido do Cache L2 integrado e do invólucro plástico
        tem um bom desempenho em aplicações gráficas
        Pentium II Xeon surgiu como uma alternativa para quem precisava de mais desempenho e podia pagar por ele
        Existe suporte para o uso de até 4 processadores na mesma placa, ou até 8 processadores em cluster
        concebido para equipar servidores
        Pentium III
        instruções SEE
        as instruções SSE e as instruções 3D-Now! servem para agilizar o cálculo de números de ponto flutuante, usados principalmente em jogos 3D e em aplicativos gráficos tridimensionais
        as instruções SSE diferem das instruções 3D-Now! devido à forma como são executadas
        o Pentium III é capaz de processar simultaneamente instruções normais e instruções SSE, o que resulta em um ganho ainda maior de performance
        Pentium III Coppermine
        transístores bem menores
        Pentium III Xeon
        utiliza um encaixe diferente, o slot 2, e por isso exige o uso de placas específicas, destinadas a servidores e por isso bastante caras
        processadores Pentium III com defeitos foram transformados em Celerons
        Cyrix
        IBM
        AMD
        VIA

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Description: Mind Map on PROCESSADORES, created by Cristina Santos on 07/08/2019.
Created by: Cristina Santos
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