Hardware - Microprocessador

Transcrição

1 Introdução Um microprocessador é um circuito integrado encarregue de executar as instruções de todos os programas armazenados na memória. É o motor que põe tudo a trabalhar desde o momento em que se liga o computador. As operações típicas de um microprocessador são a adição, comparação, e troca de números de uma posição para outra (operações aritméticas e lógicas). 6/1 A importância do processo de fabrico O processo de fabrico constitui um dos factores mais relevantes na concepção de um processador. Material utilizado: Desde 1971 que os processadores têm sido fabricados em silício, material semicondutor que se encontra entre os isolantes e os condutores devido ao comportamento da sua condutividade. Integração de componentes: A escolha dos componentes que se pretendem integrar na concepção de um processador, implica sempre um conjunto de compromissos e escolhas que têm de ser feitas. Como exemplo, podemos referir a colocação num único chip da unidade de processamento ou colocar esta em conjunto com as memórias cache (L1 e L2). Tipo de encapsulamento e conector: Os componentes integrados no processador tem influência no número de sinais necessários para comunicar com os restantes componentes do sistema, sendo por isso, necessária a existência de diferentes tipos de encapsulamento e conectores compatíveis, por forma, a permitir a comunicação eficiente do sistema. 6/2

2 A importância do processo de fabrico Tecnologias empregues: As tecnologias empregues no processo de fabrico são de extrema importância para a evolução dos processadores. Tem-se procurado aumentar o desempenho através do aumento de transístores sem aumentar fisicamente o tamanho do processador. O parâmetro mais relevante do processo de fabrico é o tamanho do componente electrónico mais pequeno que é possível fabricar, medido em micrómetros. Ao reduzir o tamanho dos componentes electrónicos num circuito integrado, consegue-se simultaneamente encurtar os percursos electrónicos e economizar silício: Circuitos mais curtos demoram menos tempo a ser percorridos, sendo assim possíveis frequências de operação mais elevadas na transferência da informação; É necessária menos energia para deslocar os electrões, sendo assim possível reduzir a tensão de operação e o consumo do circuito integrado; A diminuição de energia consumida implica uma diminuição do calor gerado, o que permite aumentar a frequência de operação a que o circuito pode trabalhar com fiabilidade. 6/3 Os primeiros processadores i4004 destinado a uma máquina de calcular de bolso, foi inventado pela intel em 1971 e considerado o primeiro microprocessador. 108 khz, 4 bits de dados e 12 de endereços, 640 bytes endereçáveis, 2300 transistores, 10µm. Ziolog Z80 processador compatível com o software do 8080 (2MHz) mas muito mais rápido. 10MHz 8 bits de dados e 16 de endereços, 64KB endereçáveis, 4500 transistores, 6µm. 6/4

3 Geração de 16 bits CPU Data Destaque Características Utilizado no IBM PC 5, 8 e 10 MHz 16 bits de dados, 20 bits de endereços (1 MB de espaço endereçável) transístores 3 µm CDIP 40 pinos Utilizado no IBM PC/AT Modo protegido Memória virtual (1GB) 6, 10 e 12 MHz 16 bits de dados, 24 bits de endereços (16 MB de espaço endereçável) transístores 1.5 µm CDIP 68 pinos 6/5 Geração de O 386 é o processador que define as características mais importantes da família x86 actual. Depois deste processador não existiram, durante muito tempo, alterações significativas na arquitectura x86. Os esforços de desenvolvimento centraram-se essencialmente na criação de processadores mais rápidos e económicos. CPU 386DX Data Destaque Arquitectura de (espaço endereçável de 4GB) 64TB de memória virtual Modo virtual 8086 Características 16, 20, 25 e 33 MHz de dados e endereços transístores 1 µm PGA 132 pinos 6/6

4 Resumo Name Date Transistors Microns Clock speed Data width MIPS , MHz 8 bits , MHz 16 bits 8-bit bus , MHz 16 bits , MHz ,200, MHz 20 Pentium ,100, MHz 100 Pentium II ,500, MHz ~300 Pentium III ,500, MHz ~ ,000, GHz ~1,700 "Prescott" ,000, GHz ~7,000 Fonte: 6/7 Situação actual Tecnologia - Processadores fabricados com tecnologia de 130 nm ou 90nm; Frequências de funcionamento entre 1.5GHz e 3.8GHz, em single e dual core, 32 e 64 bits Package Type Socket 478, Socket LGA 775, Socket 754, Socket 939, Micro FCPGA & FCBGA Instruções SSE2/3 (Streaming SIMD Extentions 2) conjunto de instruções multimédia com a intenção de optimizar código orientado para áudio, vídeo e reconhecimento de voz. Execução Dinâmica Avançada, que permite ao sistema manter em execução até 126 instruções, ao contrário das 42 do seu antecessor. Advanced Dynamic Execution Engine que permite que a unidade de execução de instruções esteja sempre em funcionamento. 6/8

5 Tecnologia Hyper-Threading que consiste em dividir o processador em duas unidades lógicas, podendo o processador executar dois processos simultaneamente, aumentando desta forma o seu desempenho. 6/9 Microarquitectura Intel NetBurst, que é caracterizada por integrar diversas tecnologias, nomeadamente: Hyper Pipelined - esta tecnologia consiste em duplicar o número de estágios existentes na pipeline do Pentium III. 0 nome Hyper Pipelined surgiu do elevado número de estágios do : 20 (o Pentium III tem apenas 10 estágios). Rapid Execution Engine - consiste num reforço das unidades de inteiros do processador. O possui duas ALUs que processam as instruções mais simples, duas GLUs encarregadas de ler e gravar dados e uma terceira ALU encarregada de descodificar e processar as instruções complexas (que são as que ocupam mais tempo do processador). 6/10

6 Microarquitectura Intel NetBurst, que é caracterizada por integrar diversas tecnologias, nomeadamente: Execution Trace Cache- outra das inovações no é o uso de apenas uma cache L1 de 8 kb para dados Esta característica faz com que devido ao tamanho reduzido desta cache L1, esta tenha um tempo de latência menor, o que a torna bem mais rápida do que a cache L1 do Pentium III. FSB (Front Side Bus) de elevada frequência de operação - finalmente, a última inovação que incorpora a arquitectura NetBurst é o FSB que inicialmente se apresentou a 400 MHz, mais tarde foi substituído por um FSB de 533 MHz e posteriormente por um de 800 MHz. Na realidade, o barramento do opera apenas a 100, 133 ou 200 MHz, só que com 4 transferências por ciclo, o que equivale a 400, 533 ou 800 MHz. 6/11 6/12

7 Características Intel Celeron e Intel Processador Intel Celeron D Arquitectura 90 nm L2 Cache 256KB Clock Speed 2.66GHz a 3.00GHz Front Side Bus 533 MHz Socket LGA775 Intel Extended Memory 64 Technology Execute Disable Bit Vantagens Data Flow Analysis Execução especulativa Non-Blocking Level 1 Cache Streaming SIMD Extensions 3 Dual Independent Bus (DIB) Série Socket LGA 775 Núcleo Prescott Frequência 3.0GHz a 3.8GHz FSB 800MHz Cache L1 12KB+16KB Cache L2 2MB Processo de fabrico 90 nm Suporte a Hyper-Threading Instrucções Multimedia: MMX, SSE, SSE2, SSE3 6/13 Características Intel Pentium M Arquitectura 90 nm e 130 nm L2 Cache de 1MB ou 2MB Clock Speed 1.50GHz a 2.26GHz Front Side Bus 400MHz ou 533 MHz Micro FCPGA & FCBGA packaging technology Execute Disable Bit Power Optimized 533/400 MHz processor system bus, Micro-ops Fusion & Dedicated Stack Manager. Support for Intel Mobile Voltage Positioning. Support for enhanced Intel SpeedStep Technology w/ multiple voltage & frequency operating points. 6/14

8 Características Intel Dual Core Arquitectura 90 nm L2 Cache de 2x1MB Clock Speed 2.8GHz a 3.2GHz Front Side Bus 800MHz LGA775 packaging technology Level 1 Cache (Two 16KB Data Caches and Two 12KB Micro-op Execution Trace Caches) Execute Disable Bit Enhanced Intel SpeedStep Technology Intel Extended Memory 64 Technology. Streaming SIMD Extensions 3 (SSE3) 6/15 Características AMD Sempron e Athlon 64 Série Sempron Socket 754 Núcleo Palermo Denominação Sempron a Frequência 1.6GHz a 1.8GHz FSB 333MHz L1 Cache 64KB+64KB L2 Cache 128KB Processo 90 nm Instruções Multimédia MMX, SSE, SSE2, 3DNOW! Voltagem 1.4V AMD Athlon 64 Núcleo Clawhammer Frequência 2.2GHz FSB Cache L1/64+64KB; L2/512K Voltagem: 1.5V Processo 130nm Socket 939 Instrucções Multimedia: MMX, SSE, SSE2, 3DNOW!, 3DNOW!+ 6/16

9 CaracterísticasAMD Athlon 64 Dual Core 6/17 Comparação competitiva Infra-estrutura Tecnologia de processo Número de transistores Suporte ao conjunto de instruções de 64 bits Proteção Avançada contra Vírus nos sistemas operacionais suportados* Tecnologia do barramento de sistema Controlador de memória DDR integrado Total de largura de banda do processador ao sistema Instruções 3D e multimídia Suporte do Chipset Total Designed Power (TDP) Processador AMD Athlon 64 X2 dual core Socket nm, SOI 154 a 233 milhões Sim Sim Tecnologia HyperTransport Full Duplex até 2000 MHz ECC de 128 bits + ECC de 16 bits sem bufer PC3200, PC 2700, PC 2100 e PC1600 Tecnologia HyperTransport: até 8.0 GB/s Largura de banda de memória: até 6.4 GB/s Total: até 14.4 GB/s Tecnologia 3DNow!(TM), SSE2, SSE3 NVIDIA: chipsets série Nforce4 ATI: chipsets Radeon Xpress série 200 VIA: chipsets série K8 SiS: chipsets série 75x ou maiores 89 ou 110W Processador Intel Pentium D dual core LGA775 (suporte limitado de placa-mãe) 90 nm 230 milhões Não, só para EM64T Não, só executa inabilitação de bits Barramento de sistema de 800 MHz, Half Duplex Não, Dispositivo de lógica na placa-mãe Total: até 6.4 GB/s SSE2, SSE3 Intel: só series 945/955 NVIDIA: chipsets série Nforce4 95 ou 130W Fonte: 6/18