Microprocessadores II - ELE 1084

Transcrição

1 Microprocessadores II - ELE 1084 CAPÍTULO III OS PROCESSADORES

2 3.1 Gerações de Processadores

3 3.1 Gerações de Processadores Primeira Geração (P1) Início da arquitetura de 16 bits CPU 8086 e 8088; Arquiteturas PC e PC-XT SO DOS ( Microsoft); Outros Fabricantes: AMD, Harris, Hitachi, NEC, IBM e microcontroladores e sistemas embarcados; Segunda Geração (P2) Processador 80286; Arquitetura PC-AT e Barramento ISA; 24 bits de endereçamento;

4 3.1 Gerações de Processadores Segunda Geração (P2)... Continuação 24 bits de endereçamento; Modos Real e Protegido; Ambiente DOS; Primeiros Chipsets. Terceira Geração (P3) CPU bits; Arquitetura PC AT 386 Compaq; Modos Real, Protegido; 386 DX (32 bits) e 386 SX (16 bits);

5 3.1 Gerações de Processadores Terceira Geração (P3) cont.. CPU bits; Primeiras Memórias Caches; Clones Am386 da AMD, 386SLC da IBM. Quarta Geração (P4) CPU bits Coprocessador Integrado; 486 DX, 486 SX (+ 487 SX) e Overdrive; 486 DX2 e 486 DX4; Clones Am486 da AMD, 5x85 Cyrix;

6 3.1 Gerações de Processadores Quinta Geração (P5) Pentium (586) 32 bits; Instruções MMX; Concorrente K5 (AMD). Sexta Geração (P6) Pentium Pro Cache na dupla cavidade; Projeto Caro e orientado a 32 bits - servidores; Pentium II hibrido 16 e 32 bits; Versões Celeron e Xeon; Recursos 3D Pentium III;

7 3.1 Gerações de Processadores Sexta Geração (P6) cont... AMD: K6-2, K6-3 Sétima Geração (P7) AMD: Athlon; Intel: Pentium 4; Oitava Geração (P8) Tecnologia Hyper-Threading (HT); Processamento de Programa em Paralelo; Nona Geração (P9) Processadores Integrados no mesmo núcleo (core); EM64T processamento em 64 bits

8 3.1 Gerações de Processadores Nona Geração (P9) Processadores Integrados no mesmo núcleo (core); EM64T processamento em 64 bits; Athlon X2; Phenom X3, Phenom X4; Opteron Quad-Core

9 3.2 - A CPU 80286

10 3.2 - A CPU de Fevereiro linhas de endereço (16 MB de memória) No 8086 era de 1 MB. Relógio mais rápido (6, 8 10, 12, 16, 20 até 25 MHz) Tecnologia CMOS, 1,5 μm, transístores, 1,2 MIPS, encapsulamento PGA de 68 pinos Novas instruções para ambiente multitarefa; Menor número de períodos de relógio por instrução; Em 6 anos, foram vendidos mais de 6 milhões de unidades;

11 3.2 - A CPU Foi usado no AT (Advanced Tecnology) (agosto de 1984, com 80286, 256 KB RAM, floppy de 1,2 MB, $5.469,00) PC XT (1983, 128 KB RAM e HD de 10 MB, $4.995,00), Compatibilidade com o PC-XT, podendo executar todos os softwares desenvolvidos anteriormente e sendo várias vezes mais rápido (0,33 MIPS 4,77 MHz x 1,2 MIPS 6 MHz) Razão dos clocks: 1,26 Execução de instruções de forma mais eficiente: 8086: 12 ciclos; 286: 4,5 ciclos; 286 manuseia dados de 16 bits com o barramento externo

12 3.2 - A CPU Modo Real: atua como um 8086 e é completamente compatível ao nível de código objeto com o 8086 e Modo protegido com um gerenciador de memória integrado: 1 gigabyte de endereço virtual. processador poderia utilizar outras fontes de memória externas para simular memória interna acesso a 16MB de memória de hardware. multitarefa e verificação dos direitos de acesso em uma única instrução,

13 3.2 - A CPU Registradores idênticos aos do 8086 (16 bits) Outros fabricantes montaram clones compatíveis com o PC- AT: Compaq Poucos programas usaram os recursos do (Windows 3.0) multitarefa: caso um programa bloqueasse ou falhasse, não fosse necessário resetar o sistema; o que acontece numa área da memória não afeta os demais programas. DOS inibiu o uso dessa característica No 286 e chips posteriores foi necessário um sistema operacional que trabalhava cooperativamente com o chip para fornecer tal proteção.

14 3.2 - A CPU Coprocessador É o mesmo chip matemático que o 8087, com diferente pinagem; divide internamente a freqüência do clock do sistema por 3; muitos PC-AT rodam com a um terço da velocidade do clock do sistema, que é também igual a 2/3 da velocidade de clock do 80286; o 286 e 287 são assíncronos e a interface entre eles não é tão eficiente como aquela entre o 8088 e 8087; em resumo: o e 8087 tem desempenho semelhante; o ganho no desempenho com a inserção do 8087 era muito superior que aquele obtido com o no sistema com o 286.

15 3.2 - A CPU Coprocessador Coprocessador matemático (Unidade de Ponto Flutuante) ou FPU (Floating Point Unit) ou NPD. Projetados para realizar tarefas específicas: aritmética, ponto flutuante, gráfica Processador passa operandos e operação a ser realizada e recebe resultado; Na sua ausência, processador realiza as operações por software; 80287: Desenvolvido para trabalhar em conjunto com o Encapsulamento DIP (como o 8086) Freqüência de operação deve ser maior ou igual que o

16 3.2 - A CPU Placas-mãe: componentes discretos como controlador de interrupções, controlador de DMA, temporizador, memória CMOS, etc. Atualmente todos integrados ficam num único circuito (chipset).

17 3.3 - A CPU Geração P3

18 3.3 - A CPU Representa a mudança mais significativa desde o primeiro PC; Migração para sistemas de 32 bits: cerca de 10 anos antes de serem efetivamente utilizados; Velocidades 16, 20, 25, 33 MHz. clones da AMD e da Cyrix atingiram um máximo de 40 MHZ; CMOS, 1,5 e 1,0 microns, transistores em VLSI, 132 pinos, 400 ma; Processador 386DX primeiro a ser introduzido pela Intel; endereçamento de 4 GB e memória virtual de 64 TB. Introduzido em 1985 e usado efetivamente entre 1986 e Compaq Deskpro 386 e linha PS/2 Model 80 da IBM Pode executar as instruções do 8086/8088 no modo real em menos ciclos de clock

19 3.3 - A CPU memory management unit (MMU). Pode chavear entre os modos protegido e real por software Apresentava o modo virtual que possibilitava que diversas sessões do modo real fossem executadas simultaneamente no modo protegido No modo protegido é totalmente compatível com o 286. Modo protegido: modo nativo: projetado para sistemas operacionais como o OS/2 e Windows NT, que só rodam nesse modo Modo Virtual: o 386 podia executar proteção de memória com hardware enquanto simulava operações no modo real; Programas DOS podiam ser executados simultaneamente, em áreas de memória protegida.

20 3.3 - A CPU Foram fabricados outros tipos de 386: Processador 386SX: projetado para atender sistemas baseados no 286 sistemas de 16 bits externos e 32 bits internos; usa 24 bits de endereços (16 MB); Esta CPU sinalizou o fim do 286 devido a MMU superior e existência do Modo Virtual; O 386SX não era compatível pino a pino com o 286 e não podia ser substituído diretamente no mesmo soquete; Processador 386SL: variação do 386 para sistemas em laptop gerenciamento de potência e modos de espera para conservar energia; Cache de 16 a 64 KB, transístores.

21 21/48

22 3.3 - A CPU Coprocessador 80387: processador matemático de alto desempenho, desenvolvido para trabalhar com o Projetado para trabalhar a mesma velocidade da CPU 387DX: projetado para o 386DX 387SX: projetado para o 386SX, SL ou SLC

23 3.3 - A CPU 80386

24 3.3 - A CPU 80386

25 3.3 - A CPU 80386

26 3.3 - A CPU 80386

27 3.3 - A CPU 80386

28 3.3 - A CPU 80386

29 29/48

30 3.3 - A CPU 80386

31 3.3 - A CPU 80386

32 Família P4

33 3.4 - A CPU DX: Abril de 1989, com 1,2 milhões de transístores; Velocidades de 25, 33, 50 MHz, PGA de alimentação de 5 V (posteriormente, com 3,3 V e 208 pinos Família SL) CMOS, 32 bits registradores, dados e de endereços Endereçamento de 4GB de memória física e 64 TB de memória virtual (como o 386DX) Representou grande avanço em relação ao 386 e promoveu grande crescimento na industria de software (Windows e OS/2)

34 3.4 - A CPU principais características deram ao 486 o dobro de velocidade de um 386 de mesma velocidade: 1. Reduzido tempo de execução de instrução: instrução executada em dois ciclos (mais que 4 no 386); 2. Memória Cachê Interna (Level L1) de 8 KB. Construída no núcleo do processador, com taxa de acerto de mais de 90 %. 3. Ciclos de memória no modo estendido (burst-mode): transferência de 4 bytes tomam dois ciclos de clock os próximos 12 bytes podem ser transferidos em um ciclo de clock para cada 4 bytes; 16 bytes são transferidos usando-se 5 ciclos (ao invés de 8) 4. Coprocessador matemático avançado embutido: execução síncrona: desempenho de 3 a 4 vezes mais rápido que um 387 externo

35 3.4 - A CPU Acentuou o uso das Interfaces Gráficas Integra coprocessador matemático, controlador de cache e cache num único chip. Projetado para ser atualizado: DX2, DX4 e Overdrive. Contém a CPU, unidade de ponto flutuante, unidade de gerenciamento da memória,e controlador de cachê de 8 KB (RAM). Compatível com todos os processadores da Intel e tem diversas instruções adicionais (controle da cachê)

36 3.4 - A CPU Suporta os modos Real, Protegido e Virtual. Modo Real: executa programas desenvolvidos para o 8086; Modo Protegido: oferece paginação de memória e chaveamento de programas; Modo Virtual: executa programas DOS e simula o 8086 no mode real. Sob Windows ou OS/2 pode rodar programas de 16 ou 32 bits simultaneamente com proteção de memória

37 3.4 - A CPU Pipeline

38 3.4 - A CPU Pipeline

39 3.4 - A CPU DX Pipeline

40 3.4 - A CPU SX Pipeline

41 3.4 - A CPU 80486

42 3.4 - A CPU Outras CPUs 486SL: processador que incorporava uma arquitetura para gerenciamento de potencia, permitia baixa consumo de potência (laptops ou notebook) 486SX Abril de 1991, versão de baixo custo, sem o coprocessador (alguns eram 486 DX com o coprocessador desabilitado) 487SX Processador 486DX, pois desabilita o 486SX, servindo de degrau para o DX2 e Overdrive.

43 3.4 - A CPU Outras CPUs 486DX 50 MHZ: Problemas em Chipsets e placamãe interferência eletromagnética pouco utilizado;

44 3.4 - A CPU Outras CPUS DX2/OverDrive Março de 1992 foi introduzido o DX2: processadores com velocidade dobrada Maio de 1992: Overdrive ( para 486SX) DX2/OverDrive roda no dobro da velocidade apenas internamente ao processador na mesma placa-mãe. 40MHz DX2 / OverDrive para sistemas de 16 e 20MHz 50MHz DX2 / OverDrive para sistemas de 25MHz - 80% do desempenho do 486-DX 50 MHz 66MHz DX2 / OverDrive para sistemas de 33MHz DX4: 3.3V, com multiplicador de clock 2x, 2.5x, ou 3x Pentium OverDrive para 486SX2 e DX2 1995

45 3.4 - A CPU Flags

46 3.4 - A CPU Flags Revista Byte a

47 3.4 - A CPU Flags Revista Byte 1993 Julho - a

48 3.4 - A CPU Flags Revista Byte 1993 Julho - b

49 3.4 - A CPU Flags Revista Byte 1994 Agosto - a