Microprocessador (CPU)
(cf. tb. o Apêndice A - em constante atualização)
O Microprocessador ou Unidade Central de Processamento é o coração
de um microcomputador. Desde o advento do processador Intel 8088 (Linha
PC-XT) até o atual Pentium II passando pelos 80286, 80386 e 80486,
apresentam sempre uma evolução exponencial em relação
ao seu antecessor, medido atualmente em milhões de transistores e
paradoxalmente em mícrons de espessura de trilha. Confira os dados
abaixo a respeito dos chips Intel.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1978 | 8088 (8/16 bits, 5 MHz) | O processador inicial dos PCs rodava DOS e manipulava textos e números, mas os gráficos eram muito pobres. |
| 1982 | 80286 (16 bits, 6 a 12 MHz) | De três a seis vezes mais rápido que o 8088, foi a plataforma básica para as primeiras redes de micros. |
| 1985 | 386 (16/32 bits, 16 a 33 MHz) | O 386 já tinha potência suficiente para suportar uma interface gráfica - foi o início da era Windows. |
| 1989 | 486 (32 bits, 25 a 100 MHz) | Rodando DOS e Windows 3.x, o 486 possibilitou o desenvolvimento das aplicações multimídia. |
| 1993 | Pentium (64 bits, 60 a 200 MHz) | Com o Windows 95, facilitou a popularização da Internet e permitiu rodar aplicativos de 32 bits. |
| 1995 | Pentium Pro (64 bits, 150 a 200 MHz) | Criado para o Windows NT, permitiu a montagem de grandes bancos de dados em servidores PC. |
| 1997 | Pentium II (64 bits, 233 a 333 MHz) | A promessa é que esse chip que impulsionou a computação 3D e a videoconferência. |
O microcódigo deve analisar todas as instruções de outros processadores além de incorporar as suas próprias que não são poucas.
Além disso, os programas compilados nesses processadores tem instruções de comprimento em bytes variável.
Esse processo gera atrasos que são totalmente eliminados com os chips de tecnologia RISC (Reduced Instruction Set Computing) onde o próprio software em execução faz o trabalho pesado. Acontece que o aumento de performance do chip compensa em muito esse trabalho extra do programa.
Os chips RISC dissipam menos calor e rodam a frequências de clock maiores que os chips CICS (Complex Instruction Set Computing). Estes últimos são usados em PCs da Intel, mainframes IBM e a maioria das outras plataformas.
Os chips RISC são utilizados em Workstations, um tipo de computador mais caro e com muito maior performance rodando normalmente sob o UNIX e utilizados em processamento científico, grandes bases de dados e aplicações que exijam proteção absoluta dos dados e processamento Real-Time (tipo transações da Bolsa de Valores).
A IBM foi a pioneira dessa tecnologia na década de 1970, o que resultou numa arquitetura de processador chamada POWER (Performance Optimized With Enhanced RISC), a qual foi inicialmente implementada na primeira Workstation IBM RS/6000 (RISC System/6000) introduzida em Fevereiro de 1990, e eventualmente formou a base para os processadores PowerPC da Apple/IBM/Motorola.
A idéia do chip RISC é que, por simplificar a lógica
necessária para implementar um processador (fazendo este capaz de
executar apenas simples instruções e modos de endereçamento),
o processador pode ser menor, menos caro, e mais rápido,
usando inclusive menos energia.
Através do uso de um compilador eficiente, o processador pode ainda processar qualquer tarefa requerida (por combinar simples instruções em tempo de compilação).
Exemplos de chips RISC: Intel i860, i960, Digital Alpha 21064, HPPA-RISC, MIPS, Sun Sparc PC (Macintosh), etc.
Muitas modificações implantadas atualmente no Pentium são oriundas dos chips RISC tornando-se na verdade um chip CRISC.
Clock Speed ou Clock Rate
É a velocidade pela à qual um microprocessador executa instruções. Quanto mais rápido o clock, mais instruções uma CPU pode executar por segundo. A velocidade de clock é expressada em megahertz (MHz), 1 MHz sendo igual a 1 milhão de ciclos por segundo.
Usualmente, a taxa de clock é uma característica fixa do
processador. Porém, alguns computadores tem uma "chave" que permite
2 ou mais diferentes velocidades de clock. Isto é útil porque
programas desenvolvidos para trabalhar em uma máquina com alta velocidade
de clock pode não trabalhar corretamente em uma máquina com
velocidade de clock mais lenta, e vice
versa. Além disso, alguns componentes de expansão podem não
ser capazes de trabalhar a alta velocidade de clock.
Assim como a velocidade de clock, a arquitetura interna de um microprocessador tem influência na sua performance. Dessa forma, 2 CPU´s com a mesma velocidade de clock não necessariamente trabalham igualmente. Enquanto um processador Intel 80286 requer 20 ciclos para multiplicar 2 números, um Intel 80486 (ou superior) pode fazer o mesmo cálculo em um simples ciclo. Por essa razão, estes novos processadores poderiam ser 20 vezes mais rápido que os antigos mesmo se a velocidade de clock fosse a mesma. Além disso, alguns microprocessadores são superescalar, o que significa que eles podem executar mais de uma instrução por ciclo.
Como as CPU´s, os barramentos de expansão também têm
a sua velocidade de clock. Seria ideal que as velocidades de clock da CPU
e dos barramentos fossem a mesma para que um componente não deixe
o outro mais lento. Na prática, a velocidade de clock dos barramentos
é mais lenta que a velocidade da CPU.
e no nosso Apêndice A.
OBS: A AMD e a Cyrix utilizam a classificação "P" (performance
rating) para medir o nível de performance dos processadores, dentro
do sistema operacional Windows. A classificação "P" é
baseada em testes de desempenho extremamente rigorosos e reproduzíveis,
realizados pelo benchmark Ziff-Davis Winstone 96 geralmente utilizado pela
indústria.
O sistema de avaliação relaciona os resultados dos testes com
o que é alcançado pelo processador Pentium (da Intel) de uma
dada frequência. Como exemplo, o processador AMD K5-PR166 recebe uma
classificação de "PR166" tomando-se por base um processador
Pentium 166 MHz. Ou seja, este processador AMD-K5 oferece um desempenho igual
ou superior ao
Pentium 166 MHz. Concentrando no desempenho do sistema em lugar da velocidade
do CPU, a classificação "P" é a maneira mais precisa
e constante para comparar o verdadeiro nível de performance do sistema
dos processadores alternativos.
Os dados são transmitidos em 8 ou 16 bits dependendo do tipo de placa
adaptadora que está sendo utilizada. Normalmente este barramento opera
a 8 MHz e apesar de ser o mais utilizado padrão de barramento de expansão,
suas origens remontam o PC XT com processador 8086/8 e atualmente é uma
limitação dos mais recentes programas, especialmente em multimídia,
servidores de rede, CAD/CAM. Daí a necessidade do desenvolvimento de
novos projetos de barramento. Apesar disso, este padrão ainda é
viável para a conexão de placas de áudio, modems e outros
dispositivos que não demandam grandes pré-requisitos de desempenho.
Padrão EISA e MCA Bus
Os slots são de 32 bits. No caso do EISA, que é uma modificação do ISA, podemos também conectar placas padrão ISA pois a filosofia do EISA é justamente manter a compatibilidade e preservar investimentos em placas já feitos. O MCA, desenvolvido pela IBM e de pouca aceitação no mecado, apenas aceita placas do mesmo padrão.
Devido ao maior custo das motherboards, geralmente esses padrões são utilizados em servidores de rede e em situações onde necessita-se uma alta taxa de transferência dos dados. As configurações são feitas via software e tem muitas vantagens técnicas com relação ao padrão ISA.
Padrão VLBUS (VESA Local Bus)
O barramento VESA Local Bus é uma extensão física do barramento ISA capaz de executar transferência de dados de 32 bits, podendo ainda aceitar placas adaptadoras de 8 ou 16 bits ISA. Desenvolvido principalmente para os processadores 486, não permitem mais que 3 slots VLBUS nas motherboards, ou seja, o micro somente poderá ter no máximo 3 placas Local Bus em seu microcomputador.
Além disso, existe uma limitação quanto ao clock da motherboard. Sem a utilização de circuitos adicionais (buffers), a 50 MHz podemos conectar apenas uma placa VLBUS no micro.
Apesar de recente, este barramento vem sendo substituído pelo padrão PCI.
Padrão PCI (Peripheral Component Interconnect)
Desenvolvido inicialmente pela Intel, os slots são de 32 bits e só aceitam placas desenvolvidas para esse padrão sendo uma mudança radical no projeto dos barramentos de expansão, abolindo totalmente a dependência de slot ISA. Permite as melhores taxas de transferência estando presente principalmente nos micros com chips Pentium.
Este barramento é independente do processador podendo ser implementado
em qualquer arquitetura de processamento, ao contrário do VESA Local
Bus, que foi desenvolvido especialmente para os 486.
Overclock é o aumento da frequência do processador para que ele trabalhe mais rapidamente.
A frequência de operação dos computadores domésticos é determinada por dois fatores:
A velocidade de operação da placa-mãe, conhecida também como velocidade de barramento, que nos computadores Pentium pode ser de 50, 60 e 66 MHz.
O multiplicador de clock, criado a partir dos 486 que permite ao processador trabalhar internamente a uma velocidade maior que a da placa-mãe. Vale lembrar que os outros periféricos do computador (memória RAM, cache L2, placa de vídeo, etc.) continuam trabalhando na velocidade de barramento.
Como exemplo, um computador Pentium 166 trabalha com velocidade de barramento de 66 MHz e multiplicador de 2,5x. Fazendo o cálculo, 66 x 2,5 = 166, ou seja, o processador trabalha a 166 MHz mas se comunica com os demais componentes do micro à 66 MHz.
Tendo um processador Pentium 166 (como o do exemplo acima), pode-se fazê-lo trabalhar a 200 MHz, simplesmente aumentando o multiplicador de clock de 2,5x para 3x. Caso a placa-mãe permita, pode-se usar um barramento de 75 ou até mesmo 83 MHz (algumas placas mais modernas suportam essa velocidade de barramento). Neste caso, mantendo o multiplicador de clock de 2,5x, o Pentium 166 poderia trabalhar a 187 MHz (2,5 x 75) ou a 208 MHz (2,5 x 83).
As frequências de barramento e do multiplicador podem ser alteradas simplesmente através de jumpers de configuração da placa-mãe, o que torna indispensável o manual da mesma. O aumento da velocidade de barramento da placa-mãe pode criar problemas caso algum periférico (como memória RAM, cache L2, etc.) não suporte essa velocidade.
Quando se faz um overclock, o processador passa a trabalhar a uma velocidade
maior do que ele foi projetado, fazendo com que haja um maior aquecimento do
mesmo. Com isto, reduz-se a vida útil do processador de cerca de 20 para
10 anos (o que não chega a ser um problema já que os processadores
rapidamente se tornam obsoletos). Esse aquecimento excessico pode
causar também frequentes "crashes" (travamento) do sistema operacional
durante o seu uso, obrigando o usuário a reiniciar a máquina.
Ao fazer o overclock, é indispensável a utilização
de um cooler (ventilador que fica sobre o processador para reduzir seu aquecimento)
de qualidade e, em alguns casos, uma pasta térmica especial que é
passada diretamente sobre a superfície do processador.
O novo processador Pentium II integra os melhores atributos dos processadores Intel, a performance da Dynamic Execution do Pentium Pro além das capacidades da tecnologia MMX, trazendo um novo nível de performance aos consumidores de PCs.
O processador está disponível atualmente em velocidades de 233, 266, 300, 333, 350 e 400 MHz.
As características avançadas alcançadas pela tecnologia MMX são devidas a técnica SIMD (Single Instruction, Multiple Data) que emprega 57 novas instruções, especificamente criadas para manipular e processar vídeo, áudio e dados gráficos mais eficazmente, com oito registros MMX e quatro novos tipos de dados.
Os processadores de 350 e 400 MHz trabalham com barramento de sistema de 100 MHz. Essa evolução sobre o atual barramento de 66 MHz permite uma comunicação mais rápida entre o processador e as outras partes do sistema de computação. O barramento de 100 MHz é atualmente suportado pelo chipset 440BX AGPset.
O processador Celeron de 266 MHz, sem cache L2, é destinado a computadores básicos. Para notebooks, já foi lançado o processador Mobile de 233 e 266 MHz.
Possui as vantagens da arquitetura Dual Independent Bus (DIB) com alta largura de banda e performance, cache L1 de 32 KB (16 KB para instruções e 16 KB para dados) e cache L2 de 512 KB com barramento dedicado de 64-bit.
A existência de dois barramentos independentes (o barramento de cache L2 e o barramento do processador à memória principal) permite que o Pentium II acesse dados a partir de qualquer um dos dois barramentos, simultaneamente e de forma paralela, ao invés de em forma única sequencial que é o que ocorre no sistema de barramento único.
O processador está disponível em cartucho do tipo Single Edge
Contant (contato de borda única). Se encaixa nos conectores Slot 1 ou
Slot 2 das placas-mãe baseadas na arquitetura P6. O conector Socket 7
do Pentium foi abandonado em favor da arquitetura DIB. Os futuros processadores
Pentium II para Slot 2 serão destinados a um mercado mais exigente (como
servidores e estações de trabalho avançadas).
A velocidade do cache L2 nos Pentium II/Slot 1 equivale a metade da velocidade interna do processador. O cache L2 do Pentium II/Slot 2 trabalhará à mesma velocidade que o processador, além de estar disponível à capacidades de 512 KB, 1 MB e 2 MB.
O processador Pentium II 333 MHz (e superiores) tem 7,5 milhões de transistores e se baseia no processo de fabricação 0.25µ (mícrons), o que permite maiores velocidades e baixo consumo de energia.
Velocidade (MHz)
233
266
300
333
350
400
Barramento de Sistema (MHz)
66
100
Capacidade do Cache L1
16 KB para intruções + 16 KB para dados
Velocidade do Cache L1 (MHz)
233
266
300
333
350
400
Capacidade do Cache L2
256 KB
Velocidade do Cache L2 (MHz)
117
133
150
166
175
200
Processo de Fabricação (mícrons)
0.35µ
0.25µ
Voltagem da CPU
2.8V
2.0V
Corrente Máxima
11.8A
12.7A
14.2A
10.4A
10.8A
12.6A