Técnico em Informática - Instalação e Manutenção de Computadores PROCESSADORES - PDF Free Download
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Sérgio Marques Back
1 Técnico em Informática - Instalação e Manutenção de Computadores PROCESSADORES Processador... 2 Clock... 5 Multiplicador de clock / FSB... 6 Memória Cache... 6
2 Processador O processador é o cérebro do micro, encarregado de processar a maior parte das informações. Ele é também o componente onde são usadas as tecnologias de fabricação mais recentes. Existem no mundo apenas quatro grandes empresas com tecnologia para fabricar processadores competitivos para micros PC: a Intel (que domina mais de 60% do mercado), a AMD (que disputa diretamente com a Intel), a VIA (que fabrica os chips VIA C3 e C7, embora em pequenas quantidades) e a IBM, que esporadicamente fabrica processadores para outras empresas, como a Transmeta. Figura 1 - Athlon X2 e Pentium D O processador é o componente mais complexo e freqüentemente o mais caro, mas ele não pode fazer nada sozinho. Como todo cérebro, ele precisa de um corpo, que é formado pelos outros componentes do micro, incluindo memória, HD, placa de vídeo e de rede, monitor, teclado e mouse. Dentro do mundo PC, tudo começou com o 8088, lançado pela Intel em 1979 e usado no primeiro PC, lançado pela IBM em Depois veio o 286, lançado em 1982, e o 386, lançado em O 386 pode ser considerado o primeiro processador moderno, pois foi o primeiro a incluir o conjunto de instruções básico, usado até os dias de hoje. O 486, que ainda faz parte das lembranças de muita gente que comprou seu primeiro computador durante a década de 1990, foi lançado em 1989, mas ainda era comum encontrar micros com ele à venda até por volta de Depois entramos na era atual, inaugurada pelo Pentium, que foi lançado em 1993, mas demorou alguns anos para se popularizar e substituir os 486. Em 1997 foi lançado o Pentium MMX, que deu um último fôlego à plataforma. Depois, em 1997, veio o Pentium II, que usava um encaixe diferente e por isso era incompatível com as placas-mãe antigas. A AMD soube aproveitar a oportunidade, desenvolvendo o K6-2, um chip com uma arquitetura similar ao Pentium II, mas que era compatível com as placas soquete 7 antigas.
3 A partir daí as coisas passaram a acontecer mais rápido. Em 1999 foi lançado o Pentium III e em 2000 o Pentium 4, que trouxe uma arquitetura bem diferente dos chips anteriores, otimizada para permitir o lançamento de processadores que trabalham a freqüências mais altas. O último Pentium III trabalhava a 1.0 GHz, enquanto o Pentium 4 atingiu rapidamente os 2.0 GHz, depois 3 GHz e depois 3.5 GHz. O problema é que o Pentium 4 possuía um desempenho por ciclo de clock inferior a outros processadores, o que faz com que a alta freqüência de operação servisse simplesmente para equilibrar as coisas. A primeira versão do Pentium 4 operava a 1.3 GHz e, mesmo assim, perdia para o Pentium III de 1.0 GHz em diversas aplicações. Quanto mais alta a freqüência do processador, mais ele esquenta e mais energia consome, o que acaba se tornando um grande problema. Quando as possibilidades de aumento de clock do Pentium 4 se esgotaram, a Intel lançou o Pentium D, uma versão dual-core do Pentium 4. Inicialmente os Pentium D eram caros, mas com o lançamento do Core 2 Duo eles caíram de preço e passaram a ser usados até mesmo em micros de baixo custo. Os Pentium D eram vendidos sob um sistema de numeração e não sob a freqüência real de clock. O Pentium D 820, por exemplo, opera a 2.8 GHz, enquanto o 840 opera a 3.2 GHz. Em 2003 a Intel lançou o Pentium M, um chip derivado da antiga arquitetura do Pentium III, que consome pouca energia, esquenta pouco e mesmo assim oferece um excelente desempenho. Um Pentium M de 1.4 GHz chega a superar um Pentium 4 de 2.6 GHz em diversas aplicações. O Pentium M foi desenvolvido originalmente para ser usado em notebooks, mas se mostrou tão eficiente que acabou sendo usado como base para o desenvolvimento da plataforma Core, usada nos processadores Core 2 Duo fabricados atualmente pela Intel. O Pentium 4 acabou se revelando um beco sem saída, descontinuado e condenado ao esquecimento. Paralelamente a todos esses processadores, temos o Celeron, uma versão mais barata, mas com um desempenho um pouco inferior, por ter menos cache ou outras limitações. Na verdade, o Celeron não é uma família separada de chips, mas apenas um nome comercial usado nas versões mais baratas (com metade ou um quarto do cache) de vários processadores Intel. Existem Celerons baseados no Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Pentium M e também o Celeron 4xx, que é uma versão single-core (e com menos cache) do Core 2 Duo. Para efeito de comparação, entre os chips antigos e os atuais, um 486 tinha cerca de 1 milhão de transistores e chegou a 133 MHz, enquanto o Pentium MMX tinha 4.3 milhões e chegou a 233 MHz. Um Pentium 4 (Prescott) tem 125 milhões e chegou aos 3.8 GHz, freqüência mais alta atingida por um processador Intel (ou AMD) lançado oficialmente até hoje, recorde que deve ser quebrado apenas em 2008 ou O transístor é a unidade básica do processador, capaz de processar um bit de cada vez. Mais transistores permitem que o processador processe mais instruções de cada vez enquanto a freqüência de operação determina quantos ciclos de processamento são executados por segundo. Continuando, temos os processadores da AMD. Ela começou produzindo processadores 386 e 486, muito similares aos da Intel, porém mais baratos. Quando a Intel lançou o Pentium, que exigia o uso de novas placas-mãe, a AMD lançou o "5x86", um 486 de 133 MHz, que foi bastante popular, servindo como uma opção barata de upgrade. Embora o "5x86" e o clock de
4 133 MHz dessem a entender que se tratava de um processador com um desempenho similar a um Pentium 133, o desempenho era muito inferior, mal concorrendo com um Pentium 66. Este foi o primeiro de uma série de exemplos, tanto do lado da AMD, quanto do lado da Intel, em que existiu uma diferença gritante entre o desempenho de dois processadores do mesmo clock. Embora seja um item importante, a freqüência de operação não é um indicador direto do desempenho do processador. Uma analogia poderia ser feita em relação aos motores de carro. Os motores de 1.6 do final da década de 70, usados nas Brasílias e nos Fuscas, tinham 44 cavalos de potência, enquanto os motores 1.0 atuais chegam a mais de 70 cavalos. Além da capacidade cúbica, existem muitos outros fatores, como a eficiência do sistema de injeção de ar e combustível, taxa de compressão, refrigeração, etc. Depois do 5x68 a AMD lançou o K5, um processador similar ao Pentium, mas que não fez tanto sucesso. Ele foi seguido pelo K6 e mais tarde pelo K6-2, que novamente fez bastante sucesso, servido como uma opção de processador de baixo custo e, ao mesmo tempo, como uma opção de upgrade para quem tinha um Pentium ou Pentium MMX. Esta era do K6-2 foi uma época negra da informática, não pelo processador em si (que excluindo o desempenho em jogos, tinha um bom custo-benefício), mas pelas placas-mãe baratas que inundaram o mercado. Aproveitando o baixo custo do processador, os fabricantes passaram a desenvolver placas cada vez mais baratas (e de qualidade cada vez pior) para vender mais, oferecendo PCs de baixo custo. A época foi marcada por aberrações. Um certo fabricante chegou a lançar uma família de placas sem cache L2, que pifavam em média depois de um ano de uso. As coisas voltaram aos trilhos com o Athlon, que foi o primeiro grande processador (tanto em desempenho, quanto em tamanho :) da AMD. A primeira versão usava um formato de cartucho (slot A) similar ao Pentium II, mas incompatível com as placas para ele. Ele foi sucedido pelo Athlon Thunderbird, que passou a usar o formato de soquete utilizado (com atualizações) até os dias de hoje. Figura 2 - Athlon XP, para placas soquete A Competindo com o Celeron, a AMD produziu o Duron, um processador de baixo custo, idêntico ao Athlon, mas com menos cache. Em 2005 o Athlon foi descontinuado e o cargo foi herdado pelo Sempron, uma versão aperfeiçoada do Duron (com mais cache e capaz de atingir
5 freqüências mais altas), que passou a ser vendido segundo um índice de desempenho (em relação ao Pentium 4) e não mais segundo o clock real. Por volta de 2000, surgiram as primeiras notícias do "SledgeHammer", um processador de 64 bits, que foi finalmente lançado em versão doméstica na forma do Athlon 64, que passou a ser o topo de linha da AMD. Apesar das mudanças internas, o Athlon 64 continua sendo compatível com os programas de 32 bits, da mesma forma que os processadores atuais são capazes de rodar softwares da época do 386, muito embora tenham incorporado diversos novos recursos. Na prática, o fato de ser um processador de 64 bits não torna o Athlon 64 gritantemente mais rápido, mesmo em aplicativos otimizados (os ganhos de desempenho surgem mais devido ao controlador de memória integrado e aos novos registradores). A principal vantagem dos processadores de 64 bits é derrubar uma limitação inerente a todos os processadores de 32 bits, que são capazes de acessar apenas 4 GB de memória RAM, um limite que está se tornando cada vez mais uma limitação grave em várias áreas. Os 4 GB de memória podem não parecer um obstáculo imediato, mas lembre-se de que há duas décadas os PCs eram vendidos com 128 KB de memória, há uma década já vinham com 4 ou 8 MB, e hoje são vendidos com 512 MB ou mais. O Athlon 64 deu origem ao Athlon X2, o primeiro processador dual-core da AMD, onde temos dois processadores Athlon 64 no mesmo encapsulamento, dividindo a carga de processamento e também o Turion, que é uma versão de baixo custo do Athlon 64, destinado a notebooks. Clock O clock nada mais é do que a frequência com que o processador consegue executar as tarefas. Ou seja, quanto maior a frequência (o clock), menor será o tempo de execução e, portanto, mais rápido será o processador. O clock é uma onda quadrada passando de zero a um a uma taxa fixa. O sinal de clock é medido em Hertz (Hz). Um clock de 100MHz significa que em um segundo existem 100 milhões de ciclos de clock e um de 1GHz 1 bilhão de ciclos de clock por segundo
6 Com o aumento de clock as placas mãe não conseguiam transmitir o sinal que se perdia ao longo da trilha por causa da freqüência alta. Surgindo então o Multiplicador de clock. Multiplicador de clock / FSB A multiplicação de clock é uma técnica utilizada pelos fabricantes, para fazer com que o processador trabalhe a uma freqüência maior que a da placa mãe. Com isso temos o clock interno e externo, onde o clock externo é a velocidade com que o processador se comunica com a memória, e o clock interno é a freqüência que são processadas as informações. Para darmos um exemplo real, em um Pentium 4 de 3,4 GHz, estes 3,4 GHz referem-se ao clock interno do processador, que é obtido quando multiplicamos por 17 seu clock externo de 200 MHz. Exemplo: Mesmo com a freqüência interna maior ao buscar informações na memória o processador trabalha a uma velocidade menor, para resolver esse problema foi criado a memória cachê. Memória Cache Memória cache é um tipo de memória de alto desempenho, também chamada memória estática. Ela pode trabalhar no mesmo clock do processador, o que a memória dinâmica não é capaz de fazer. á que ir ao mundo exterior para buscar dados faz com que o processador trabalhe a uma taxa de clock inferior, a técnica da memória cache é usada. Quando o processador carrega um dado de uma certa posição da memória, um circuito chamado controlador de memória cache (não desenhado na Figura 6 em prol da simplicidade) carrega na memória cache um bloco inteiro de dados abaixo da atual posição que o processador acabou de carregar. Como normalmente os programas rodam de maneira seqüencial, a próxima posição de memória que o processador irá requisitar será provavelmente a posição imediatamente abaixo da posição da memória que ela acabou de carregar. O controlador de cache está sempre observando as posições de memória que estão sendo carregadas e carregando dados de várias posições de memória depois da posição de memória que acaba de ser lida. Quanto maior a memória cache, maiores são as chances de que a informação necessária ao processador já esteja lá, então o processador precisará acessar diretamente a memória RAM com menos freqüência, e assim aumentando o desempenho do sistema (apenas lembre-se que toda vez que o processador precisa acessar a memória RAM diretamente, ele precisa diminuir sua taxa de clock para essa operação).
Surgimento dos Processadores Multicore. Prof. Dr. César A. F. De Rose
Surgimento dos Processadores Multicore Prof. Dr. César A. F. De Rose Contexto Motivos para a transição Definição Vantagens Desvantagens Contexto Como já vimos, o processador é o principal componente de