Microprocessadores II - ELE 1084

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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; 20 bits de endereçamento; Arquiteturas PC e PC-XT SO DOS (Microsoft); Outros Fabricantes: AMD, Harris, Hitachi, NEC, IBM e microcontroladores e sistemas embarcados;

4 3.1 Gerações de Processadores Segunda Geração (P2) Processador 80286; Arquitetura de 16 bits; 24 bits de endereçamento; Arquitetura PC-AT e Barramento ISA; Modos Real e Protegido; Ambiente DOS; Primeiros Chipsets.

5 3.1 Gerações de Processadores Terceira Geração (P3) CPU bits, dados e endereço; Arquitetura PC AT 386 Compaq; Modos Real, Protegido; 386 DX (32 bits) e 386 SX (16 bits); Primeiras Memórias Caches; Clones Am386 da AMD, 386SLC da IBM.

6 3.1 Gerações de Processadores 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;

7 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;

8 3.2 - A CPU 80286

9 3.2 - A CPU 80286

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11 3.2 - A CPU Diagrama de Blocos

12 4 Unidades Funcionais 1. Address Unit 2. Bus Unit 3. Instruction Unit 4. Execution Unit

13 1. Unidade de Endereço (Address Unit) Calculate the physical addresses of the instruction and data that the CPU want to access; Address lines derived by this unit may be used to address different peripherals; Physical address computed by the address unit is handed over to the BUS unit.

14 2 Unidade de Barramento (Bus Unit) Transmit the physical address over address bus A 0 A 23. Instruction Pipelining. Prefetcher module in the bus unit performs this task of prefetching. Bus controller controls the prefetcher module. Fetched instructions are arranged in a 6 byte prefetch queue. Processor Extension Interface Module Take care of communication b/w CPU and a coprocessor.

15 3. Unidade de Instrução (Instruction Unit) Receive arranged instructions from 6 byte prefetch queue. Instruction decoder decodes the instruction one by one and are latched onto a decoded instruction queue. O/p of the decoding circuit drives a control circuit in the Execution unit.

16 4. Unidade de Execução - Execution unit Control unit is responsible for executing the instructions received from the decoded instruction queue. Contains Register Bank. ALU is the heart of execution unit. After execution ALU sends the result either over data bus or back to the register bank.

17 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

18 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,

19 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; 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; Ganho no desempenho com a inserção do 8087 era muito superior que aquele obtido com o no sistema com o 286.

20 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

21 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).

22 3.3 - A CPU Geração P3

23 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

24 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.

25 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.

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30 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

31 3.3 - A CPU 80386

32 3.3 - A CPU 80386

33 3.3 - A CPU 80386

34 3.3 - A CPU 80386

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38 3.3 - A CPU 80386

39 3.3 - A CPU 80386

40 Família P4

41 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)

42 3.4 - A CPU Quatro 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

43 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)

44 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 Modo real. Sob Windows ou OS/2 pode rodar programas de 16 ou 32 bits simultaneamente com proteção de memória

45 3.4 - A CPU Pipeline

46 3.4 - A CPU Pipeline

47 3.4 - A CPU DX Pipeline

48 3.4 - A CPU SX Pipeline

49 3.4 - A CPU 80486

50 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.

51 3.4 - A CPU Outras CPUs 486DX 50 MHZ: Problemas em Chipsets e placamãe interferência eletromagnética pouco utilizado;

52 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

53 3.4 - A CPU Flags