Processadores e Memórias

Transcrição

1 Processadores e Memórias INTRODUÇAO Em nosso dia a dia estamos rodeados de equipamentos equipados com microcontroladores, cada vez mais poderosos e baratos. Em automóveis, por exemplo, temos chips controlando o motor, condicionador de ar, vidros elétricos, motor de pára-brisa, alarme, air-bag, freios anti-bloqueantes, toca-fitas, CDs, entre outros. Em casa temos fornos de microondas, televisores, filmadoras e vídeo-cassetes, máquinas de lavar roupas e louça, estabilizadores e no-breaks, impressoras, scanners, etc. A cada dia os microcontroladores são incorporados aos circuitos digitais racionalizando o hardware, permitindo circuitos confiáveis, compactos e baratos. Z80 PROCESSADORES O Z80 é um chip de 8 bits com um set de instruções poderoso e versátil, hardware simplificado e boa capacidade de interfaceamento e expansões. Sucesso de vendas, o chip durante muitos anos foi utilizado em diversas aplicações, sendo CPU de diversos computadores: Sinclair, spectrum, TRS-80, MSX, etc. Paralelamente, o mercado viu a possibilidade de integrar na mesma pastilha memórias, dispositivos de I/O, comunicação serial, contadores / temporizadores, etc. Surgiam os primeiros microcontroladores. Permitem redução de custos, tamanho físico menor, versatilidade no hardware Intel A partir da década de 80, o chip de maior sucesso do mercado foi a família MCS-51 da Intel, microcontroladores de uso geral com capacidades de memória e I/Os diferenciados. Incorporam memória de programa e dados internamente com possibilidade de expansão para até 64K bytes de programa e mais 64 Kbytes de dados. Permitem o acesso a portos internos de I/O, canal de comunicação serial UART full duplex, interrupções com estrutura "nesting" com 5 fontes mascaráveis e dois níveis de prioridade, timers / counters de 16 bits, oscilador interno, freqüência de clock típica de 12 MHz. Permite facilidades de software que permite a execução de complexas operações aritméticas e lógicas (multiplicação, divisão, permuta e deslocamento de bits, etc). Trabalha com bancos de registradores nominais e também com bits endereçáveis na RAM. A figura 4 ilustra o microcontrolador 8051 Microcontroladores PIC A empresa Microchip inovou ao lançar no mercado uma família de microcontroladores versáteis e de baixo custo, em várias opções, atendendo desde os componentes de pequena capacidade de I/Os e memória até os complexos chips de dezenas de I/Os e sofisticados periféricos, como PWM, A/D e D/A, USART, captura e comparação, timers/counters, displays LCD, etc. Cobre as linhas base, média e final. Permite também maior capacidade de corrente de saída (até 25 ma). A utilização de Watch Dog timer permite a verificação contínua da integridade do sistema. O modo IDLE (preguiçoso) permite a condição de trabalho em baixíssimo consumo. Também é possível a proteção de gravação da memória de programa contra cópias não desejadas. Apresenta conjunto de instruções RISC, ou set reduzido de instruções. Permite instruções com 14 ou mais bits onde "cabe" no mesmo código contém o código, operando e local de armazenamento. Permite também a estrutura "pipelining" onde enquanto uma instrução está sendo processada outra esta sendo carregada pela via de memória de programa. O chip vem nas versões OTP (programável apenas uma vez) de baixo custo; e de desenvolvimento (em memória

2 Flash ou Eprom, janelada). A figura 6 ilustra a estrutura pipelining. Microcontroladores Basic Stamp A Parallax colocou no mercado microcontroladores de pequeno tamanho, programáveis em linguagem Basic, através de um compilador residente. Possui capacidade de 8 ou 16 I/Os, e permite fácil programação serial ou paralela com o computador de apoio. A figura 7 ilustra os microcontroladores Basic Stamp. Microcontroladores COP8 A National lançou no mercado a família COP8 com potentes microcontroladores de 8 bits de dados e 15 bits de endereços com arquitetura Harvard modificada onde 77 % das instruções são executadas em um único ciclo de máquina. Um COP8 pode possuir até 14 interrupções vetoradas, até 3 timers de 16 bits, porta serial full-duplex, protocolo serial Microwire e Can para comunicação com outros periféricos (EEPROM, LCD, etc), até 56 linhas de I/O, baixa emissão de EMI, watch dog timer, versões OTP, A/D, comparadores, etc. XT (Exteded Technology) Foi lançado em 1978, e tornou-se o pivô de vendas da nova divisão de computadores pessoais da IBM, sendo o 8088, considerado o "cérebro" do produto chamado IBM-PC. O sucesso do 8088 introduziu a Intel no ranking da Fortune 500 da revista Fortune, a qual nomeou a Intel como "Triunfo de Negócio dos anos 70". AT - (Exteded Technology) O 80286, também conhecido como 286, lançado em 1982, foi o primeiro microprocessador fabricado pela Intel, que teve a capacidade de rodar todos os softwares escritos para o seu antecessor. Esta compatibilidade de software foi usada como estratégia de marketing dos microprocessadores Intel, com isso, após seis anos, existiam cerca de 15 milhões de computadores baseados em 286 instalados pelo mundo. AT Colocado no mercado em 1985, o continha transistores internamente, mais que 100 vezes o microprocessador 4004, o primeiro da série, ele era um chip de 32 bits e era multitarefa, ou seja, poderia rodar vários programas ao mesmo tempo DX As Características do Microprocessador 80386DX são: Largura do Barramento de Endereços: 32 linhas; 32 bit s internos e 32 bit s externos; Velocidade do Microprocessador: máxima de 33 MHz AT A geração 486, lançado em 1989, foi significativa para o mercado de computadores, pois viabilizou o uso de um ambiente gráfico (Windows), pelo fato de sua tecnologia "acelerar" o computador, utilizando um complexo de funções matemáticas de um processador central DX Incluso no mercado desde 1989 o Microprocessador 80486DX possuía Largura do Barramento de

3 Endereços: 32 linhas, 32 bit s internos e 32 bit s externos, velocidade do microprocessador 25~50MHz, velocidade do barramento 25~50MHzB, Cache L1 = 8 KB, Socket 0 (168 pinos), Socket 1 (169 pinos). A Intel recomenda que todo microprocessador 486DX, 486DX2 e 486DX4 com velocidade acima de 40MHz, utilize o cooler para evitar o super aquecimento.</font> 80486DX2 e DX4 Os microprocessadores 80486DX2 e 80486DX4 foram lançados em 1992 e 1994 respectivamente tinham a largura de barramento de endereços: 32 linhas, 32 bit s internos e 32 bit s externos, velocidade do microprocessador 50~100MHz velocidade do barramento 25~40MHzB, Cache L1 = 8~16 KB, Socket 2 (238 pinos), Socket 3 (237 pinos), Socket 6 (235 pinos). Os microcomputadores Digital 425 SX podiam ser configurados para trabalhar com microprocessadores 486 DX/2 66. Pentium O processador Pentium, colocado no mercado em 1993, permitiu aos computadores incorporar mais rapidamente o "mundo real", processando dados, som, escrita manual e fotografias. O nome Pentium, mencionado em um programa humorístico de televisão, tornou-se um nome muito conhecido após o seu lançamento. Pentium MMX Características do Microprocessador Pentium MMX. Tinha largura do barramento de Endereços: 64 linhas, tecnologia MMX, processador RISC / CISC, 32 bit s internos e 64 bit s externos, Velocidade 166 ~ 233 MHz, Cache L1 = 32 KB. Expandir memória sempre de dois em dois pentes de 72 vias (pentes de 32 bit s) ou de um em um pente DIMM de 168 vias (pentes de 64 bit s). Pentium Pro Foi disponibilizado no fim de 1995, e destinado a uso em servidores de 32 bits e estações de trabalho que rodassem aplicações que necessitavam de rapidez no processamento, como engenharia mecânica e outros usos científicos. Cada processador Pentium Pro é encapsulado juntamente com um segundo chip que funciona como um acelerador de memória. O poderoso Pentium Pro ostenta 5,5 milhões de transistores. Celeron O processador Celeron foi desenvolvido para integrar sistemas de baixo custo. Número máximo de processadores em paralelo: 1. Slot 1 (242 pinos), Socket PPAG (370), velocidade entre o cache e o core = velocidade do core, Cache L2 (interna) = 0~128 KB, Cache L1 = 32 KB, possuía tecnologia MMX, velocidade de Bus 66 MHz, 64 bit s internos e 32 bit s externos, largura do Barramento de Endereços: 64 linhas. velocidade do microprocessador 266~500 MHz. Pentium II Lançado em 1997, com 7,5 milhões de transistores encapsulados, o Pentium II, traz a tecnologia Intel MMX, a qual está destina a processar especificamente vídeo, áudio e dados gráficos eficientemente. Nele vem junto um chip de memória de alta velocidade, conectado através de uma inovação tecnológica de encapsulamento chamada Single Edge Contact, que o conecta diretamente à placa principal do computador, por ser um conector único, ao invés de possuir múltiplos pinos para essa conexão. Com este chip, os usuários de PC podem capturar, editar e compartilhar fotos digitais via Internet; editar e inserir textos, música ou outras imagens, como

4 filmes domésticos, e com um videofone, transmitir vídeo através de linhas telefônicas comuns e pela Internet. Pentium II - Xeon O processador Xeon foi desenvolvido para atender a necessidade de servidores e estações de trabalho de alto desempenho. A características eram: largura do barramento de Endereços: 64 linhas, Slot 2 (330 pinos), velocidade entre o cache e o core = velocidade do core, Cache L2 (interna) = 512k~2MB, Cache L1 = 32 KB, com tecnologia MMX, velocidade de Bus 100 MHz, velocidade do microprocessador 400~450 MHz, 64 bit s internos e 32 bit s externos. Pentium III O processador Pentium III fez mais que simplesmente avançar as freqüências de relógio para 550MHz, ele adicionou 70 novas instruções que hoje ajudam a acelerar execuções em 3D, gráficos, vídeo e outras tarefas computacionais intensivas. O segredo por trás desses processadores tão rápidos é um processador de fabricação de 0,18 mícron que reúne milhões de transistores. Pentium IV O encadeamento de instruções é duas vezes mais extenso que o do processador Pentium III, com suporte para freqüências de 1,7 GHz ou maiores. As unidades sobrecarregadas executam instruções fundamentais em metade do ciclo de clock, permitindo que um processador de 1,5 GHz execute tais operações com um total de 3 GHz, gerando maior throughput (taxa de rendimento) e menor latência. Três vezes mais rápido que o barramento do processador Pentium III, o barramento do sistema de 400 MHz pode transferir 3,2 GB de dados por segundo para a CPU (envio e recebimento). O barramento de memória de 400 MHz oferece o mesmo throughput elevado do barramento do sistema do processador - 3,2 GB por segundo para ajudar a eliminar gargalos e oferecer desempenho de excelência. AMD e CYRIX Além dos processadores Intel, que serviram como nossa base de estudos, existem os processadores AMD e Cyrix. Assim como o Intel, estes processadores são muito usados nos PC's compatíveis IBM. Os processadores mais atuais dessas duas empresas são descritos logo abaixo. AMD K6 II A características do microprocessador AMD K6-II eram: Socket Super 7 (321 pinos), largura do barramento de Endereços: 64 linhas, 64 bit s internos e 32 bit s externos, velocidade do microprocessador 300~475 MHz, velocidade de Bus 100 MHz, tecnologia MMX, tecnologia 3DNow, cache L1 = 64 KB. Processadores AMD não operavam com outros processadores em paralelo. AMD K6-III A Características do Microprocessador AMD K6-III eram: largura do Barramento de Endereços: 64 linhas, 64 bit s internos e 32 bit s externos, velocidade do microprocessador 400~450 MHz, velocidade de Bus 100 MHz, tecnologia MMX, tecnologia 3DNow, cache L1 = 64 KB, cache L2 (interna) = 256kB, velocidade entre a cache L2 e o core = velocidade do core, Cache L3: até 2MB, Socket Super 7 (321 pinos). AMD DURON A AMD lança o processador Duron a 900mhz elevando o desempenho das atividades de

5 computação do dia a dia tanto em casa como nos negócios. Compatível com Microsoft Windows XP, tecnologia avançada, arquitetura inovadora. AMD ATHLON A última palavra em desempenho para as mais avançadas aplicações. A mais poderosa experiência multimídia em uma plataforma x86. O processador AMD Athlon com barramento front side de 266 MHz e suporte para a tecnologia de memória DDR PC2100 está disponível nas velocidades de 1.4, 1.33, 1.2, 1.13 e 1.0 GHz. AMD ATHLON XP Este processador foi criado como intuito de ter extrema performance para Windows XP. A última palavra em experiência de mídia digital em uma plataforma x86. Apresentando a arquitetura QuantiSpeed para rápida execução de aplicativos. Total de 384 KB de cache full speed de alta performance. Avançado barramento front side de 266 MHz com suporte para ECC (Error Correcting Code). Tecnologia 3DNow! Professional (72 instruções, total compatibilidade com SSE). Suporte para memória DDR (Double Data Rate). Infra-estrutura de Soquete A estabelecida. CYRIX MII As Características do Microprocessador Cyrix MII eram: largura do barramento de Endereços: 64 linhas, 64 bit s internos e 32 bit s externos, velocidade do microprocessador 300~433 MHz, velocidade de bus 66~100MHz (de acordo com o processador utilizado), tecnologia MMX, cache L1 = 64 KB, Socket 7 (321 pinos). G3 No G3, o Cache L2 - que pode atingir até 1 Mb - se encontra dentro do processador, assim como no Pentium Pro, o que garante uma taxa de transferência entre o Cache L1 e o Cache L2 bem elevada - algumas vezes esta taxa pode ser de 1:1, ou seja, a comunicação com o Cache L2 é feita na mesma freqüência de operação do processador, contudo, nem todas as versões do G3 apresentam esta característica. A terceira geração de processadores da linha PowerPC conta com um cache L1 maior, de 64 Kb, dividido em dois caches. Um de 32 Kb exclusivo para dados e outro de 32 Kb para instruções. O processador pode ainda, manter armazenados os dados mais requisitados pelo sistema neste cache, para que a informação não tenha que ser processada duas vezes, isso agiliza muito o trabalho com rotinas repetitivas por exemplo. G4 O processador da Apple que é o mais poderoso no mercado. O PowerPC G4, é o primeiro microprocessador que pode entregar um pico de performance sustentado de mais de 7 gigaflops.um G4 de 500 Mhz oferece mais que o dobro de mais que o dobro da velocidade de um Pentium III 800MHz. O PowerPC G4 com Velocity Engine pode processar informações em pacotes de 128-bit, ao contrário dos pacotes de 32 ou 64-bit manipulados pelos processadores tradicionais. MEMÓRIAS É um meio de armazenamentos informações de forma temporária ou permanente. Quando o armazenamento é permanente, dizemos que a memória é NÃO VOLÁTIL e quando falamos em armazenamento temporário, dizemos que a memória é VOLÁTIL. No computador, temos os dois tipos de armazenamento de dados. MEMÓRIA ROM (Read Only Memory)

6 Esta memória é fundamental durante a inicialização de computador, pois é a partir dela que o computador identifica os componentes e carrega o Sistema Operacional. A definição de memória com armazenamento permanente é a capacidade de manter os dados intactos independentemente do computador estar ligado ou não. A seguir, verificaremos a evolução desta tecnologia com o passar do tempo: ROM Através de um circuito integrado com encapsulamento "DIP" consegue-se armazenar dados de forma permanente. O espaço reservado para informações varia de acordo com o circuito integrado e a função requerida. Pode ser 16Kb, 32Kb, 64Kb ou até 128 Kb. É uma memória somente para leitura, onde seu conteúdo é criado durante a fabricação e o usuário não tem como alterar esta regravação. PROM É um circuito integrado de armazenamento de dados permanente que é gravado pelo cliente e não pelo fabricante através de um gravador de PROM. A grande desvantagem é que não existe a possibilidade de regravação. EPROM É uma memória de leitura programável e apagável. Seu conteúdo é conservado até que seja apagado por meio de raios ultravioleta. As EPROMs têm vida útil de centenas de ciclos de gravação e apagamento. EEPROM É uma memória de leitura eletricamente programável e apagável. Pode ser apagada dentro do computador ou externamente. Normalmente, requer voltagem para ser apagada do que os 5v necessários nos circuitos digitais. FLASH ROM É um circuito integrado com as mesmas características das memórias ROM com a diferença de que seu conteúdo pode ser atualizado sem a troca de componente, apenas com a atualização de conteúdo via disquete do fabricante. CMOS (Complementary Metal Oxide Semicondutor) É um circuito integrado que tem como característica armazenar informações de outros circuitos. No caso da informática, é na memória CMOS que ficam armazenadas todas as configurações, SETUP. Para que possamos atualizar as configurações, é necessário que o componente se VOLÀTIL. Sendo assim, as configurações seriam perdidas ao desligarmos o computador. Para que isso não ocorra temos um componente específico para esta função na placa-mãe, que é a bateria. RAM (Random Access Memory) As principais características são: a leitura e escrita aleatórias de dados e o fato de ser VOLÁTIL, ou seja, as informações são perdidas quando o computador é desligado. Dentro das tecnologias de memória, podemos destacar as memórias dinâmicas (DRAM) e as memórias estáticas (SRAM). DRAM (Dynamic Random Access Memory)

7 São minúsculos capacitores que, quando carregados, indicam "1" e quando descarregados, indicam "0". A grande desvantagem destas memórias é a necessidade de um sinal de recarga este período é conhecido de sinal de refresh. Desta forma sabemos que as memórias não têm uma alimentação constante. Características:</font> Custo baixo Muita capacidade em pouco espaço Baixo consumo Lenta em conseqüência SRAM (Static Random Access Memory) Esta memória é formada por circuitos digitais denominados flip-flop para o armazenamento de "0" e "1". Esses circuitos digitais não precisam do sinal de refresh, fazendo com que seu desempenho aumente em relação às memórias DRAM. Sua alimentação necessariamente deve ser constante e por este motivo não precisa do sinal de refresh. Características: Custo alto Pouca capacidade em muito espaço Alto consumo Rápida