Visão Geral de um Microcomputador

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1 Definições Acesso Direto à Memória (DMA) CAPÍTULO I Visão Geral de um Microcomputador O DMA é utilizado para a transferência direta de dados entre um dispositivo periférico e o sistema, como, por exemplo, uma unidade de disco (disk drive). Barramento do sistema São caminhos do circuito impresso da placa-mãe (substituem os fios), os quais conectam o processador à memória principal e gerenciam a transferência de dados e instruções entre os dois componentes. BIOS A BIOS (Basic Input/Output System Sistema Básico de Entrada e Saída) é o programa contido na memória ROM de um chip da placa-mãe, que um microprocessador utiliza durante a inicialização do computador, ou seja, quando se liga a máquina à energia elétrica. A BIOS gerencia o fluxo de dados entre o sistema operacional do computador e os dispositivos periféricos a ele conectados. Bursting e Pipelining Bursting é uma técnica que porporciona maior rendimento da memória. Essa técnica possibilita que a CPU, ao invés de obter um a um os dados da memória, obtenha um bloco de dados localizados em endereços consecutivos da memória. Pipelining é uma técnica a qual possibilita que uma tarefa grande e complexa seja dividida em uma série de tarefas menores e mais simples de serem executadas. As técnicas Bursting e Pipelining foram muito utilizadas na época em que as memórias EDO foram lançadas (Burst EDO e Pipeline Burst EDO). Cache O cache é um bloco de memória de alta velocidade, onde são memorizados os dados de instruções, que são acessados pela RAM. Esse armazenamento de instruções possibilita o aumento do desempenho do processador. O cache de registro de execução Nível 1 da microarquitetura Intel NetBurst do processador Pentium 4, por exemplo, além do cache de dados de 8 KB, dispõe também de um cache de registro de execução que armazena até 12 KB de micro-operações codificadas na ordem de execução do programa.

2 2 Hardware PC Guia de Rerência O cache de transferência avançada Nível 2 é uma área de memória de alta velocidade que reduz o tempo médio de acesso à memória, melhorando, assim, o desempenho do sistema. Os processadores Intel 4, por exemplo, incorporam caches Nível 1 (L1, Level 1) e Nível 2 (L2, Level 2). Ciclo de Clock Ciclo, ou taxa de clock, é a velocidade na qual um processador pode executar operações. Essa taxa é expressa em megahertz (MHz) ou em gigahertz (GHz). Um hertz é definição de um (1) ciclo por segundo. Quanto mais rápido o clock, mais operações a CPU pode executar por segundo. Por exemplo, um processador com taxa de clock de 1,5 GHz consegue executar 1,5 bilhão de operações por segundo. Chipset O chipset é, na verdade, um conjunto de chips, os quais controlam o sistema e seus recursos. A comunicação entre todos os componentes e o microprocessador é possibilitada através do chipset, que é o centro de todas as transferências de dados. O chipset utiliza o controlador DMA e o controlador do barramento (detalhes mais a frente), para organizar o fluxo contínuo de dados que ele organiza. O chipset é composto de uma série de chips ligados diretamente à placa-mãe, sendo que seu tamanho somente é inferior ao do processador. Os chipsets são integrados à placa mãe, ou seja, são soldados na motherboard. Não é possível atualizá-los sem utilizar uma nova placa-mãe. Configuração Avançada e Interface de Energia (ACPI) A ACPI está localizada no barramento de gerenciabilidade do sistema, a qual permite a redução do consumo de energia em modo sleep e conserva energia quando o sistema está ocioso. Enhanced Floating Point/Multimedia Unit (Unidade de Ponto Flutuante/ Multimídia Avançada) É uma parte da microarquitetura Intel NetBurst do processador Pentium 4. Trata-se de um registrador de ponto flutuante de 128 bits e de um registrador adicional para transferência de dados que melhoram o desempenho de aplicações de ponto flutuante e multimídia. Execução dinâmica avançada Trata-se de parte da microarquitetura Intel NetBurst do processador Pentium 4. É um algoritmo de previsão ramificada aperfeiçoado que acelera o fluxo de trabalho para o processador e ajuda a superar o encadeamento mais profundo. A execução especulativa extremamente profunda e fora da ordem permite ao processador visualizar cento e vinte e seis instruções simultaneamente e processar até quarenta e oito cargas e vinte e quatro armazenamentos no encadeamento. Um buffer de destino de ramificação de 4 KB armazena mais detalhes no histórico de ramificações passadas, reduzindo previsões imprecisas em cerca de 33%, quando comparado com a microarquitetura P6. Extensões Streaming SIMD (SSE) As extensões Streaming SIMD da Internet são instruções que, para a execução de uma tarefa específica de um programa, reduzem a quantidade geral de instruções necessárias.. Como resultado, elas podem melhorar o desempenho, acelerando uma ampla diversidade de aplicativos, incluindo aplicativos de processamento de vídeo, voz, foto e imagem, de criptografia, financeiros, de en-

3 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 3 genharia e científicos. A microarquitetura NetBurst adiciona cento e quarenta e quatro novas instruções SSE, conhecidas como SSE2. Hiperencadeamento (hyper-pipelining) O hiperencadeamento é uma parte da microarquitetura Intel NetBurst do processador Pentium 4 cuja tecnologia consegue dobrar o encadeamento da microarquitetura P6 do processador Pentium III, aumentando a previsão ramificada e o encadeamento de recuperação para vinte estágios. O encadeamento mais profundo permite que as instruções sejam enfileiradas e executadas na taxa mais rápida possível, incrementando o desempenho, a freqüência e a escalonabilidade. Gerenciamento de energia Sistema que controla o modo como a energia é direcionada eficientemente a diferentes componentes de um sistema. Os dispositivos portáveis, que dependem da energia acumulada na bateria, precisam do gerenciamento de energia ou de alimentação, porque, ao ser reduzida a quantidade de energia fornecida aos seus componentes que não estiverem sendo utilizados, consegue-se dobrar ou triplicar a duração (vida) de uma bateria. Lógica de Busca Prévia de Dados (Data Prefetch Logic) Trata-se de uma lógica que consegue antecipar a transferência dos dados necessários para um aplicativo e os carrega previamente no cache de transferência avançada, ampliando ainda mais o desempenho do processador e, conseqüentemente, do aplicativo. Mecanismo de execução rápida Trata-se de parte da microarquitetura Intel NetBurst do processador Pentium 4, na qual o clock de duas Unidades Lógico-Aritméticas (ALU, Arithmetic Logic Units) é acionado com o dobro da freqüência do núcleo do processador, permitindo instruções básicas de inteiros como Add (adicionar), Subtract (subtrair), Logical AND (E lógico) e Logical OR (OU lógico) para execução pela metade de um ciclo de clock. Por exemplo, o mecanismo de execução rápida em um processador Pentium 4 de 1,5 GHz executa, na realidade, 3 GHz operações por segundo. Microarquitetura A arquitetura de um processador é definida como o conjunto de instruções, registros e estrutura de dados residentes na memória, que são conhecidos pelos programadores, mantidos e aprimorados de uma geração de arquitetura para a seguinte. A microarquitetura de um processador refere-se à implementação de uma arquitetura em silício do processador. Geralmente, a microarquitetura muda de uma geração de processador para a seguinte, porém é implementada a mesma arquitetura pública de processador. A arquitetura IA-32 da Intel, por exemplo, baseia-se no conjunto de instruções x86 e registros. Esta arquitetura foi aprimorada e estendida por gerações de processadores IA-32, ao mesmo tempo em que foi mantida a compatibilidade retroativa para códigos escritos, a fim de serem executados nos processadores IA-32 mais antigos. Microarquitetura P6 Trata-se da arquitetura interna de chips dos processadores Pentium III e Celeron. Algumas características desta arquitetura são: previsão ramificada múltipla, que prevê a execução do programa por meio de várias ramificações e acelera o fluxo de trabalho para o processador; a análise de fluxo

4 4 Hardware PC Guia de Rerência de dados, que cria uma programação de instruções otimizada e reordenada por meio da análise de dependências de dados entre instruções; e a execução especulativa, que realiza a execução de instruções com base numa programação otimizada, garantindo que as unidades de execução superescalares do processador permaneçam ocupadas, intensificando o desempenho total. Microarquitetura Intel NetBurst A microarquitetura NetBurst oferece uma variedade de recursos novos e inovadores, como, por exemplo, a tecnologia de hiperencadeamento (hyper-pipelining). Microprocessador O microprocessador também é chamado de CPU (Unidade Central de Processamento). A CPU é o cérebro do computador. Entre outras funções, ele lê instruções provenientes do software e informa ao computador o que fazer. A velocidade com que a CPU processa informações internamente é medida em megahertz (MHz) e gigahertz (GHz). 1MHZ é igual 10 6 Hz e 1GHz é igual a MHz. Em geral, os processadores com valores de MHz ou GHz conseguem ampliar a capacidade de executar aplicativos de criação, entretenimento, comunicação e produtividade. Multiencadeado Quando um programa é multiencadeado, ele permite que diferentes partes do programa sejam executadas simultaneamente. Sistemas operacionais como, por exemplo, o Windows*.Net* e XP*, são multiencadeados, assim como muitos aplicativos científicos. Os desenvolvedores de aplicativos multiencadeados devem criar um código para que os encadeamentos possam ser executados independentemente e para que não haja interferência entre eles. Pedidos de Interrupção (IRQ) Trata-se de um sinal enviado por um dispositivo a fim de conseguir se comunicar imediatamente com o microprocessador quando este dispositivo está pronto para aceitar ou enviar uma informação. Periféricos Equipamentos localizados fora da placa-mãe que trabalham em conjunto com a placa-mãe. Exemplos de equipamentos periféricos: unidades de HD, unidades de CD-ROM, unidades gravadoras de CD, impressoras, scanner, modem externo, ADSL etc. Placas de expansão Placas de expansão são as placas que se encaixam nos conectores apropriados da placa-mãe, denominados slots PCI (voltaremos a este assunto no Capítulo II) ou ISA usadas em computadores mais antigos, cujas partes metálicas de suporte são fixadas nas ranhuras apropriadas localizadas na parte traseira do gabinete (a caixa metálica que abriga todos os componentes do computador). Estes componentes servem de interface entre o computador e os periféricos ou entre o computador e a linha de comunicação. Exemplos de placas de expansão: placas adaptadoras de vídeo, placas de som, placas fax/modem, placas RDSI etc. Placa-mãe (Motherboard) Trata-se da placa de sistema; a motherboard é a placa principal de um PC (Computador Pessoal). A placa-mãe, entre outros componentes, contém o conector (slot) do Processador (ou Unidade Cen-

5 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 5 tral de Processamento definido a seguir), a BIOS (Basic Input/Output System Sistema Básico de Entrada e Saída definido abaixo), os conectores de memória, as interfaces de armazenamento em massa, as portas seriais e paralelas, os slots de expansão e todos os controladores necessários à comunicação com dispositivos periféricos-padrão, como o monitor, o mouse, o teclado e a unidade de disco. O conjunto de alguns chips embutidos na placa-mãe é denominado chipset da placa-mãe. Todos os componentes acima referidos serão abaixo definidos. Portas de Entrada/Saída (I/O Ports) São dispositivos que servem de interface entre a placa-mãe e os periféricos. Exemplos de I/O Ports: portas seriais (COM1, COM2, COM3, e COM4), portas paralelas, portas USB, portas SCSI etc. RAM RAM (Random Access Memory Memória de Acesso Aleatório) é a memória interna do computador, disponível em pentes encaixados nos slots apropriados da placa-mãe, destinados ao armazenamento de dados e programas que estiverem sendo processados. Quando a energia é desligada, os dados memorizados são automaticamente apagados. A RAM pode ser acessada sem acionamento dos bytes antecedentes. Os processadores Intel utilizam memórias do tipo RDRAM, ou SDRAM. RDRAM RDRAM (Rambus Dynamic Random Access Memory Memória de Acesso Aleatório Dinâmico Rambus) foi desenvolvida pela Rambus Corporation* com arquitetura e protocolo projetados para atingir grande e eficiente largura de banda, bem como a granularidade de atualização de dispositivo único. O canal estreito, de alto desempenho, também oferece, por meio da utilização de vários canais em paralelo, escalonabilidade de desempenho e capacidade. As RDRAM conseguem oferecer largura de banda de até 1,6 GB/s. O chipset Intel 850, por exemplo, implementa canais de memória RDRAM duplos para gerar 3,2 gigabytes por segundo de largura de banda de memória. Outros chipsets Intel utilizam SDRAM, (Synchronous Dynamic Random Access Memory Memória de Acesso Aleatório Dinâmica Sincronizada). A SDRAM sincroniza-se ao barramento dos processadores e pode trabalhar com taxas de transferência de 133 MHz (PC133). O chipset Intel 845, por exemplo, associa a capacidade do processador Pentium 4 à memória do tipo SDRAM PC133 a fim de oferecer diversos níveis de preço e desempenho. Existem outros chipsets Intel que utilizam RDRAM. SDRAM DDR Trata-se de DRAM síncrona com taxa de dados dupla (DDR). É um tipo de memória que suporta transferências de dados nas duas extremidades de cada ciclo de clock, duplicando, dessa forma, a taxa de transferência de dados do chip de memória. A SDRAM DDR também consome menos energia, o que a torna ideal para notebooks. Latência Latência é o tempo de espera do chipset para armazenar um dado (tempo de escrita) ou liberar um dado solicitado (tempo de leitura). Essa característica é medida em pulsos de clock (relógio). Quanto menor a latência mais rápida é a memória. Existem vários tipos de latência: Ativação da linha, Leitura de dados da linha ativada, Desativação da linha, Latência CAS ( Column Address Strobe ), Command rate, e tras. Voltaremos a esse assunto ao longo desse livro.

6 6 Hardware PC Guia de Rerência Recursos Conjunto de funções atribuídas a um dispositivo. Por exemplo, IRQ e DMA. Setup O setup é o programa de configuração geral do computador que se encontra armazenado na memória ROM da placa-mãe do computador (qualquer placa-mãe possui este programa setup, apesar de que este pode ser diferente entre duas placas-mãe distintas). Conforme veremos mais à frente, para se abrir o programa setup pressionamos a tecla Del durante a contagem de memória. Este programa setup está armazenado dentro de uma memória do tipo CMOS em um chip da placa-mãe. Dentro da memória ROM da placa-mãe existem programas: a BIOS, já vista acima; o POST (Power On Self Test; auto-teste), que é o programa responsável pelo auto-teste (inclusive a contagem de memória) que é executado sempre que se inicializa o computador; e o setup, ou seja, o programa de configuração através do qual podemos modificar as características de configuração do computador, as quais estão memorizadas na memória de configuração CMOS, acima referida. Observe que a BIOS está armazenada em memória do tipo RAM, que não pode ser modificada enquanto o setup está em uma memória do tipo CMOS, a qual pode ser modificada. Socket Trata-se do conector principal da placa-mãe, onde deve ser inserido o microprocessador. Existem vários tipos de sockets, sendo que um microprocessador que trabalha com determinado tipo de socket não pode ser inserido em uma placa-mãe que utilize um outro tipo de socket. Streaming SIMD Extensions (Extensões de fluxo SIMD) Tecnologia que consiste em setenta instruções e engloba instruções únicas, dados múltiplos para ponto flutuante, integrais de SIMD adicional e instruções de controle de aplicação em cache. Os benefícios são imagens de resolução mais alta (visualizadas e manipuladas), áudio de alta qualidade, vídeo MPEG2 e codificação/decodificação simultâneas de MPEG2, redução na utilização da CPU para reconhecimento de voz, bem como maior precisão e tempos de resposta menores. Tecnologia 0,13 micron A tecnologia 0,13 micron adota esta dimensão como sendo a nominal da porta de poli-silício do microprocessador. Essa dimensão nominal tem correlação direta com a velocidade e com os requisitos de energia do microprocessador. Através da redução das dimensões nominais, a velocidade de processo (MHz) aumenta, diminuindo proporcionalmente os requisitos de energia. Atualmente, 0,13 micron é a menor dimensão nominal disponível para fabricação de grandes volumes de processadores. Essa tecnologia permite velocidades mais altas do que as obtidas anteriormente, proporcionando um menor consumo de energia e aumentando, ao máximo, o desempenho e a vida útil das baterias em notebooks cada vez mais finos e leves. Os primeiros processadores Pentium possuíam tecnologia 0,8 micron, tecnologia esta que foi sendo desenvolvida até se atingir o atual 0,13 micron. Tecnologia 90 nm Trata-se da tecnologia do processo de 90 nm, que é a geração seguinte ao processo de 0,13 μm.

7 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 7 Tecnologia Enhanced Intel SpeedStep A Tecnologia Intel SpeedStep Aprimorada possibilita a comutação dinâmica em tempo real da tensão e da freqüência entre dois modos de desempenho com base na demanda do processador. Para isto, comutam-se as relações de barramento do sistema, a tensão operacional no núcleo e as velocidades no núcleo do processador sem reiniciar o sistema. Por exemplo, o processador Pentium III-M para computadores portáteis está disponível nas seguintes freqüências e tensões (modo de Desempenho Máximo / modo de Bateria Otimizada): 1.133/733 MHz, 1.066/733 MHz, 1.000/733 MHz, 933/733 MHz e 866/667 MHz em 1,4 V/1,15 V. Tecnologia Hyper-Threading O processador Pentium 4 com suporte à tecnologia Hyper-Threading aumenta a eficiência do processador executando mais de um processo de cada vez. Esta tecnologia foi desenvolvida para garantir desempenho superior com aplicativos de múltiplos processos e com ambientes multitarefa. Velocidade do núcleo do processador A velocidade do núcleo do processador é uma medida, em milhões ou bilhões, da quantidade de vezes que o processador executa operações em um (1) segundo (ciclos por segundo). NOTA: No decorrer deste curso, voltaremos com maiores detalhes sobre a maioria das definições acima apresentadas. Gabinetes O gabinete é a caixa metálica onde se instalam todos os componentes do computador. Os gabinetes são classificados de acordo com o seu tamanho, de acordo com a fonte, a qual faz parte do gabinete, ou, ainda, de acordo com o seu design. Modelos de gabinete: Desktop (horizontal, largura maior que a altura) disponível para fontes do tipo AT, ATX, Flex ATX, e NLX. Mini Torre (altura maior que a largura) disponível para fontes do tipo Micro ATX e Flex ATX. Torre Média disponível para fontes do tipo AT, Flex/Micro ATX, ATX e Extended ATX. Torre disponível para fontes do tipo AT, Flex/Micro ATX, ATX e Extended ATX. Os microprocessadores Pentium 4 precisam de um novo tipo de fonte de alimentação, definido como fonte ATX12V. A presença do conector de quatro pinos +12 indica que a fonte é do tipo ATX12V. Por outro lado, a ausência deste conector de quatro pinos +12V indica que a fonte é do tipo ATX. Voltaremos a este assunto no capítulo II. O gabinete mais usado no Brasil para PCs é do tipo Mini Torre, porém se deve atentar para o fator ventilação, porque os modernos microprocessadores, mesmo com a ventoinha, precisam de uma boa ventilação, pois, caso contrário, poderão ser danificados. A figura adiante mostra um gabinete com uma boa ventilação.

8 8 Hardware PC Guia de Rerência Figura 1 Sistema de ventilação de um determinado gabinete O gabinete tipo torre possui quatro ou cinco bandejas onde pode ser instalado qualquer tipo de drive do tipo CD. O gabinete também é classificado de acordo com a sua fonte: ATX: quando sua fonte é do tipo ATX. AT: quando sua fonte é do tipo AT. Todos os parafusos, porcas, arruelas, plaquetas, espaçadores necessários à sua montagem vêm junto com o gabinete. Existem três tipos de parafusos: 1) Sextavado, rosca grossa: usado para fixação da tampa do gabinete e de discos rígidos. 2) Sextavado, rosca fina: usado para fixação das unidades de disquete de 3 ½, unidades de CD e placas de expansão. 3) Cabeça redonda, rosca fina: usado para fixação da placa-mãe com o auxílio de porcas padronizadas que devem ser encaixadas na tampa móvel do gabinete. É importante utilizar os parafusos corretos, porque, quando se usa um parafuso não indicado, este poderá danificar o respectivo encaixe. Conforme acima referido, a fonte de alimentação vem no gabinete. Esta fonte de alimentação transforma energia alternada em energia contínua. A potência da fonte de alimentação é no mínimo de 250W, sendo que para computadores pessoais geralmente se utiliza uma fonte de 300W. Fios e cabos da fonte de alimentação: cabo grosso destinado à ligação da chave liga/desliga existente no painel frontal do gabinete;

9 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 9 fios coloridos para alimentação da placa-mãe. Dependendo do tipo de fonte, o conector macho, que está na ponta deste conjunto de fios, é do tipo AT ou ATX e deverá ser inserido no conector fêmea AT ou ATX da placa-mãe; conjuntos de fios coloridos com conectores macho em suas extremidades, próprios para serem encaixados nos conectores do HD, nos CDs e nas unidades de disquete; dois fios coloridos com um pequeno conector em suas extremidades, para ser encaixado no conector da ventoinha. A figura a seguir mostra um gabinete aberto, onde se pode visualizar a fonte de alimentação com os fios acima referidos. No segundo capítulo, voltaremos a este assunto, quando estivermos detalhando a montagem da placa-mãe no gabinete. Figura 2 Cabos e fios da fonte de alimentação Chaves e Leds do gabinete: led indicador de força (verde); led do HD (vermelho); chave Liga/Desliga; chave reset. NOTA: Os gabinetes mais antigos vinham com: uma chave denominada keylock, usada para habilitar/desabilitar o teclado; chave turbo, para normalizar/reduzir a freqüência de operação do microprocessador; e um display indicativo da freqüência de operação interna do microprocessador. De cada le ou chave partem os fios de alimentação dos mesmos, os quais devem ser encaixados nos conectores apropriados existentes na placa-mãe. Existe ainda no gabinete um pequeno alto-falante (speaker), cuja alimentação também é proveniente da placa-mãe. Geralmente, os cabos de força e os cabos com os conectores destinados às portas seriais e paralelas vêm junto com o gabinete. NOTA: Neste capítulo, estamos apenas apresentando o gabinete com a fonte de alimentação. No capítulo II, vamos mostrar, com detalhes, como se abre o gabinete, como se instalam a placa-mãe, HD, CDs, unidades de disquete, placas de expansão etc. e como se ligam os fios e cabos da fonte de alimentação. Histórico dos Microprocessadores A evolução dos microprocessadores, pelo menos até o presente momento, foi maior que a evolução de todos os outros componentes de um Computador Pessoal (PC), mesmo se levando em consideração a grande evolução das memórias internas (RAM).

10 10 Hardware PC Guia de Rerência A tabela a seguir mostra os microprocessadores mais utilizados até Tabela 1.1 Fabricante Tipo Freqüência interna (MHz) Processamento simultâneo de bits Intel 80486SX 25 a Intel 80486DX 25 a Intel 80486DX2 50 a Intel 80486SDX4 75 a Intel Pentium 60 a AMD K5 75 a Primeiros microprocessadores Pentium O primeiro processador Pentium da Fabricante Intel foi elaborado em março de 1993 com freqüê n- cia interna de 60 MHz e 66 MHz e chegou a atingir 200 MHz. Estes processadores utilizavam soquete do tipo socket 7 (detalharemos este assunto a seguir). Os primeiros modelos de processadores Pentium trabalhavam com tensão de 3,3V e os modelos VRE requeriam tensões entre 3,4 a 3,6V. Eles possuíam memórias cache nível 1de 16 KB, sendo 8 KB (DATA) e 8 KB (INST). Adiante, mostramos uma tabela com as principais características destes microprocessadores: Tabela 1.2 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz Mz Multiplicação lançamento (milhões) (microns) Pentium / Pentium / Pentium /10/ Pentium /03/ Pentium /03/ Pentium /03/ /0.35 Pentium /06/ Pentium /06/ Pentium /01/ Pentium /01/ Microprocessadores Pentium MMX Os microprocessadores Pentium foram lançados em oito de janeiro de 1997 com freqüência interna entre 133 e 200 MHz. Eles foram os primeiros microprocessadores a embutir as 57 novas instruções MMX SIMD (Single Instruction Multiple Data). Os chips destes microprocessadores possuíam cache nível 1 de 32 KB. Eles eram cerca de 10 a 15% mais rápidos que os primeiros Pentium acima detalhados. Em dois de junho de 1997, foi lançado o primeiro microprocessador com freqüência interna maior que 200 MHZ (no caso, 233 MHz). A figura a seguir mostra os microprocessadores Pentium MMX.

11 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 11 Figura 3 Microprocessadores Pentium MMX Adiante, mostramos uma tabela com as principais características destes microprocessadores: Tabela 1.3 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz MHz Multiplicação lançamento (milhões) (microns) Pentium 133 MMX /01/ Pentium 150 MMX /01/ Pentium 166 MMX /01/ Pentium 200 MMX /01/ Pentium 233 MMX /06/ Microprocessadores Pentium II MMX Os microprocessadores Pentium II MMX foram lançados em sete de maio de 1997 com freqüência interna entre 233 e 300 MHz. Foram inicialmente denominados de Klamath. Os microprocessadores Pentium II MMX são uma mistura das tecnologias MMX e PentiumPro, em que foram combinadas as instruções MMX e o projeto do microprocessador PentiumPro. No chip deste microprocessador estava presente o cache de nível 2, de 512 KB. Nestes microprocessadores da Intel também foram introduzidos os conectores de interface de alta velocidade denominados slot-1, que substituíram os conectores socket7, que eram usados nas interfaces de outros microprocessadores. Os microprocessadores Pentium II, com freqüência interna de 350 MHz e 400 MHz, foram lançados em quinze de abril de 1998 e possuíam também os conectores tipo slot-1, porém a freqüência externa (do barramento) era de 100 Hz, portanto maior que a freqüência externa máxima permitida pelos microprocessadores Pentium MMX, que era de 75 MHz. Em vinte e quatro de agosto de 1998, foi lançado o microprocessador Pentium II 450 MHz, com mesma tecnologia dos microprocessadores Pentium II de 350 e 400 MHz, porém com o relógio (clock) mais rápido. Estes microprocessadores possuíam 32 KB de cache nível 1, 16 KB (DATA), 16 KB (INST) e suportavam SPM (Symetrical Multiprocesing) para utilização em sistemas com dois microprocessadores. A seguir, mostramos uma tabela com as principais características destes microprocessadores:

12 12 Hardware PC Guia de Rerência Tabela 1.4 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz MHz Multiplicação Lançamento (milhões) (microns) PentiumII /05/ PentiumII /05/ PentiumII /05/ PentiumII /01/ PentiumII /04/ PentiumII /04/ PentiumII /08/ Microprocessadores Celeron e Celeron (A) MMX O microprocessador Celeron foi lançado em quinze de maio de 1998 com freqüência externa de 266 e 300MHz. Este microprocessador foi baseado na interface rápida slot-1 dos microprocessadores Pentium II e também possuía tecnologia PentiumPro + Pentium MMX, porém não possuía cache nível 2. O objetivo deste microprocessador era o mercado dos computadores de baixo preço, porém ele não alcançou este objetivo devido à necessidade da utilização de uma placa-mãe com slot-1 e gabinete com fonte ATX (voltaremos a este assunto mais a frente). Em vinte e quatro de agosto de 1998, a Intel modificou o microprocessador Celeron a fim de embutir cache de 128 KB. Este novo microprocessador foi denominado Celeron A e estava disponível para freqüências internas de 300 e 333 MHz. Em dezessete de dezembro de 1998, a Intel modificou as especificações do Celeron A para utilização de uma nova interface denominada de socket (soquete) 370, que era mais barata que a interface slot-1. O Celeron A estava disponível para freqüências internas de 366 e 400MHz. A seguir, mostramos uma tabela com as principais características destes microprocessadores: Tabela 1.5 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz MHz Multiplicação Lançamento (milhões) (microns) Celeron 266 MMX /01/ Celeron 300 MMX /01/ Celeron A 300 MMX /01/ Celeron A 333 MMX /01/ Celeron A 366 MMX /06/ Celeron A 400 MMX

13 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 13 Microprocessadores Pentium III Em fevereiro de 1999, a Intel lançou os microprocessadores Pentium III, com denominação original de Katmai. As freqüências internas disponíveis para estes microprocessadores eram de 450 e 500 MHz. A expectativa da Intel era lançar o microprocessador Pentium III 450MHz com preço mais barato que o microprocessador Pentium II 450 MHz. O microprocessador Pentium III contém setenta novas instruções em relação ao Pentium II, inclusive com melhora de eficiência para tratar aplicativos com gráficos 3D, áudio e vídeo. A Intel lançou também o microprocessador 533 MHz. Microprocessadores Pentium III Xeon A linha de microprocessadores Xeon é destinada a computadores servidores, sendo que o microprocessador Pentium III Xeon foi lançado no primeiro trimestre de 1999 com freqüências internas de 450 e 500MHz. Estes microprocessadores utilizam o conector da interface denominado slot-2 e incluem o conjunto de instruções KNI. O bus da placa-mãe para este microprocessador ainda era de 100 MHz. A Intel lançou os microprocessadores Pentium III Xeon com cache nível 2 de 512 KB, 1024 KB ou 2048 KB. Microprocessadores K5 Em vinte e sete de março de 1996, a AMD lançou os microprocessadores denominados K5 com freqüências internas de 75 MHz e 90 MHz. Os microprocessadores K5 são a quinta geração de microprocessadores da fabricante AMD, os quais combinavam a alta eficiência de reduzido conjunto de instruções (RISC) com total compatibilidade com os microprocessadores x86. Estes microprocessadores eram uma alternativa, em relação aos microprocessadores Pentium, para trabalhar com o Windows 95. Em sete de agosto de 1996, a AMD lançou o microprocessador K5 de 100 MHz e, em treze de janeiro de 1997, lançou os microprocessadores K5 com freqüência interna de 120, 133 e 166 MHz. A figura a seguir mostra o microprocessador K5 da AMD. Figura 4 Microprocessador K5 da AMD Adiante, mostramos uma tabela com as principais características destes microprocessadores:

14 14 Hardware PC Guia de Rerência Tabela 1.6 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz MHz Multiplicação Lançamento (milhões) (microns) K5-Pr /03/ K5-Pr /03/ K5-Pr /10/ K5-Pr /01/ K5-Pr /01/ K5-Pr /01/ Microprocessadores K6 A AMD lançou os microprocessadores K6 em treze de novembro de 1996, com freqüência interna de 166 e 200 MHz. Esta foi a sexta geração de microprocessadores da AMD. Nesta época, eles foram líderes no mercado até a aparição dos microprocessadores Pentium II. Esta CPU era muito sofisticada para a época e também obteve a licença da Intel para embutir a tecnologia MMX nestes microprocessadores. Em dois de abril de 1997, a AMD lançou o microprocessador K6 com freqüência interna de 233 MHz e, em sete de abril de 1998, lançou os microprocessadores K6 de 266 e 300MHz. A figura a seguir mostra o microprocessador K6 da AMD. Figura 5 Microprocessador K6 AMD Adiante, mostramos uma tabela com as principais características destes microprocessadores: Tabela 1.7 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz MHz Multiplicação Lançamento (milhões) (microns) K /11/ K /11/ K /04/ K /01/ K /04/ Microprocessadores K6-2 Os microprocessadores K6-2 foram lançados pela AMD em vinte e oito de maio de 1998 com freqüência interna de 266, 300 e 333 MHz, concorrendo diretamente com microprocessadores Pentium II da Intel e combinando os sistemas RISC/CISC.

15 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 15 Os microprocessadores K6-2 continham tecnologia 3D-NOW, que ampliou a eficiência para jogos 3D. A freqüência externa no barramento da placa-mãe era de 66 MHz, porém, para os microprocessadores K6-2, era possível o uso de barramento a 100 MHz, enquanto os microprocessadores K6-2 de 333 MHz utilizavam a freqüência de 95 MHz do barramento da placa-mãe. Os microprocessadores K6-2 de 350 MHz e 400 MHz utilizavam bus de 100 MHz. Em vinte e sete de agosto de 1998, foram lançados os microprocessadores K6-2 de 350 e 400 MHz. A figura a seguir mostra o microprocessador K6-2. Figura 6 Microprocessador K6-2 da AMD Adiante, mostramos uma tabela com as principais características destes microprocessadores: Tabela 1.8 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz MHz Multiplicação Lançamento (milhões) (microns) K /05/ K / / 3 28/05/ K / 95 5 / /05/ K /08/ K /08/ Microprocessadores K6-3 Os microprocessadores K6-3 da AMD foram lançados no primeiro semestre de 1999, com freqüência interna de 350, 400 e 450 MHz, para competir diretamente com microprocessadores Pentium III da Intel. Estes microprocessadores também utilizam a tecnologia AMD 3D-NOW. Os microprocessadores K6-3 utilizam bus de 100 MHz (PC100), possuem cache de 256 KB de nível 2 e também 64 KB de cache nível 1, 32 KB (DATA), 32 KB (INST). Estes microprocessadores eram aplicados em computadores pessoais (PCs) enquanto os microprocessadores K7 eram utilizados em computadores servidores. A seguir, mostramos uma tabela com as principais características destes microprocessadores:

16 16 Hardware PC Guia de Rerência Tabela 1.9 Processador CPU Bus Fator de Fabricação MHz MHz Multiplicação (microns) K K K Microprocessadores K7 Os microprocessadores AMD K7 foram lançados em vinte e três de junho de Estes microprocessadores possuem cache de 512 KB ou 1MB nível 2. O clock do barramento do tipo EV6 é de 200 MHz para o K7 de 500 MHz. Os microprocessadores K7 podem trabalhar com cerca de 1 Gflop (1 bilhão de de floating point operations por segundo) e competem diretamente com os microprocessadores Pentium II Xeon e Pentium II Xeon da Intel. Apesar disto, são equipados com a tecnologia 3D-NOW. Um outro fabricante de microprocessadores, a Cyrix, lançou o microprocessador 6x86 em doze de julho de 1995, com freqüência interna de 120MHz. Após três meses, lançou os microprocessadores PR133, PR150, PR 166 e PR200. Estes microprocessadores trabalhavam com a mesma voltagem do núcleo dos microprocessadores MMX, porém a Cyrix baixou a voltagem I/O (Input/Output) para 2,8V e renomeou estes microprocessadores para 6x68L. A figura adiante mostra o microprocessador Cyrix 6x86. Figura 7 Microprocessador 6x86 Cyrix A tabela a seguir indica as principais características destes microprocessadores: Tabela 1.10 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz MHz Multiplicação Lançamento (milhões) (microns) 6x86 PR /7/ x86 PR /12/ x86 PR /12/ x86 PR /12/ x86 PR /12/

17 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 17 Microprocessador 6x86MX Os microprocessadores Cyrix 6x86MX foram lançados em quinze de maio de 1997 com as freqüências internas de 166, 200, 233 e 266 MHZ. Nestes microprocessadores, que foram projetados após o lançamento do Pentium II da Intel, foram embutidos a tecnologia Intel MMX e o estilo do Pentium II MMX, o que os tornou microprocessadores muito rápidos em sua categoria, apenas 5% menos rápidos que o Pentium II. O Cyrix 6x86MX possuía cache nível 1 de 64 KB. O microprocessador Cyrix 6x86 PR266 abriu o caminho para a próxima geração dos microprocessadores da Cyriz, os microprocessadores da série MII. A tabela a seguir mostra as principais características destes microprocessadores: Tabela 1.11 Processador CPU Bus Fator de Data de Transistores Fabricação MHz MHz Multiplicação Lançamento (milhões) (microns) 6x86MX PR /5/ x86MX PR /5/ x86MX PR /5/ x8xMX PR /5/ Microprocessadores MII A Cyrix lançou a sua série de microprocessadores MII em nove de setembro de 1998 com freqüencia interna de 266 e 300 MHz. Estes microprocessadores possuíam a mesma tecnologia dos microprocessadores da série 6x86MX, porém trabalhavam em barramento de 100 MHz. A Cyrix lançou ainda os microprocessadores MII com freqüência interna de 350 e 400 MHz. A figura a seguir mostra o microprocessador Cyrix MII. Figura 8 Microprocessador Cyrix MII A próxima tabela mostra as principais características destes microprocessadores: Tabela 1.12 Processador CPU Bus Fator de Fabricação MHz MHz Multiplicação (microns) MII PR MII PR MII PR MII PR

18 18 Hardware PC Guia de Rerência Microprocessadores recentes Pentium IV Intel O lançamento mais recente da Intel, o microprocessador Pentium IV, é a opção ofertada por este fabricante para os computadores comercializados em Este microprocessador foi idealizado para obter máximo desempenho na elaboração das seguintes tarefas: tecnologias de Internet de última geração, como vídeo em fluxo contínuo e áudio MP3; criação, alteração e compartilhamento rápidos de fotos e vídeos de qualidade profissional; a mais desenvolvida plataforma para jogos, para uma experiência 3D totalmente envolvente; tecnologias de Internet como Java, fluxo de áudio e vídeo, 3D e animações na Web; ambientes multitarefa; tarefas em segundo plano, como verificação de vírus em tempo real, criptografia, compactação e sincronização de s; redução de tempo para compilação e renderização em aplicativos multimídia; longevidade e reserva de espaço para futuras tecnologias e inovações; utilização de sistema operacional Windows XP. Seguem adiante as características dos primeiros microprocessadores Pentium IV lançados pela Intel. Tabela 1.13 DETALHE CARACTERÍSTICA Velocidades do núcleo do processador 2.80 GHz, 2.53 GHz, 2.40 GHz, 2 GHz, 1.90 GHz, 1.80 GHz, 1.70 GHz, 1.60 GHz, 1.50 GHz, 1.40 GHz, e 1.30 GHz. Compatibilidade Binário compatível com processadores de arquitetura Intel de gerações anteriores. Microarquitetura Microarquitetura Intel NetBurst Barramento do sistema Até 533 MHz Cache Cache de registro de execução 32 KB Nível 1; cache de transferência avançada Nível 2 de 256 KB Placas-mãe Compatível com Intel 850MD, D850GB, 850MV, D845WN, D845HV e outros. Chipset Compatível com os chipset Intel 850E, 850, e 845. Memória RAM Tecnologia de canal duplo Rambus RDRAM, PC133 SRDAM. Estes microprocessadores possuem a microarquitetura Intel NetBurst do Pentium IV, a qual foi criada para possibilitar o máximo desempenho em aplicações sofisticadas, como, por exemplo, vídeo, elementos gráficos e multimídia. A grande freqüência de até 533 MHZ no barramento melhora o desempenho do microprocessador. O cache de transferência avançada de 512 KB de cache nível 2 proporciona o acesso rápido a dados e instruções usados com mais freqüência. A tecnologia de hiperencadeamento (hyper-pipelining) aumenta o throughput (capacidade de transmitir informações em um meio global). O Straming SIMD Extensions2 do microprocessador Pentium IV contém cento e quarenta e quatro novas instruções que aceleram a operação em uma grande gama de aplicações exigentes. O mecanismo de execução rápida proporciona às unidades de lógica e aritmética a execução da freqüência principal em dobro, acelerando, desta maneira, a execução nesta área cujo desempenho é essencial.

19 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 19 A porta de ponto flutuante de 128 bits permite que as intensificações de desempenho de ponto flutuante proporcionem aprimoramento de visualizações 3D, jogos realísticos e cálculos científicos. O aceleramento do processamento de vídeo, voz, criptografia e de imagens/fotos é garantido através de inteiros de 128 bits SIMD. O cache de registro de execução melhora em grande proporção a eficiência do cache de instruções, maximizando o desempenho em seções utilizadas com freqüência do código de software. A execução dinâmica avançada garante, através da previsão ramificada, a melhora do desempenho de todos os aplicativos de 32 bits, otimizando as seqüências de instruções. O monitoramento térmico permite o projeto econômico de placas-mãe, segundo a utilização de energia esperada do aplicativo, em vez da adoção de valores máximos teóricos. O Autoteste Incorporado (BIST, Built-in Self Test) proporciona cobertura de falha de microcódigo e amplas matrizes lógicas, além de testes do cache de instruções, cache de dados, Translation Lookaside Buffers e ROMs. A porta de acesso de teste padrão e varredura de limites IEEE possibilita, por meio de uma interface padrão, testes do microprocessador Pentium IV e conexões de sistema. A figura a seguir mostra a comparação de resultados de testes de desempenho com os microprocessadores Pentium 4 2,80 GHz, Pentium IV 2 GHz e Pentium III 500 MHz. Figura 9 Testes de desempenhos referentes a microprocessadores Pentium Observe que o desempenho do microprocessador Pentium 4 2,80 GHz é 5,7 vezes melhor que o desempenho do microprocessador Pentium III 500 MHz. A tabela adiante mostra os resultados de testes de desempenho envolvendo diversos microprocessadores Pentium 4.

20 20 Hardware PC Guia de Rerência Tabela 1.14 PENTIUM IV (GHz) SYSmark , , , , , A 222 2, , , , , , Os processadores Pentium IV acima referidos utilizam tecnologia 0,13 mícron. O processador Pentium 4 oferece suporte ao barramento de sistema de PC de máximo desempenho da Intel, proporcionando 3,2 GB de dados por segundo de entrada e de saída do processador três vezes a largura de banda dos processadores antigos. Isso é obtido por meio de um esquema de sinalização física de processamento quádruplo das transferências de dados por um barramento de sistema com clock de 100 MHz e um esquema de armazenamento em buffer que possibilita transferências de dados mantidas em 533 MHz. Em 2004, a Intel lançou os microprocessadores Intel Pentium 4, baseados na microarquitetura Intel NetBurst, os quais contêm vários novos recursos de melhora do desempenho, conforme a seguir indicado: Tecnologia Hyper-Threading O processador Pentium 4 com suporte à tecnologia Hyper-Threading aumenta a eficiência do processador ao executar mais de um processo de cada vez. Esta tecnologia foi desenvolvida para garantir desempenho superior com aplicativos de múltiplos processos e com ambientes multitarefa. Tecnologia Hyper Pipelined O pipeline mais profundo possibilita o enfileiramento e a execução das instruções do processador a uma velocidade muito mais alta, permitindo ao processador Pentium 4 alcançar as velocidades de clock mais altas do mundo para PCs para Desktop. Extensões SSE2 Extensões SSE2 (Streaming SIMD 2) consistem em cento e quarenta e quatro novas instruções, incluindo ponto flutuante de precisão dupla SIMD, inteiros de SIMD de 128 bits e novas instruções de gerenciamento de memória e cache. As extensões SSE2 melhoram o desempenho para acelerar o processamento de vídeo, voz, criptografia, imagem e os mais exigentes aplicativos de Internet, e para Workstation sem processo. SSE 3 As extensões SSE3 (Streaming SIMD Extensions 3) consistem em treze novas instruções que incluem cinco avaliações aritméticas complexas, duas instruções melhoradas de carregamento/

21 Capítulo 1: Visão Geral de um Microcomputador 21 armazenamento para desempenho melhorado, quatro avaliações horizontais para melhorar a velocidade das avaliações e duas instruções melhoradas de Hyper Threading. Barramento de sistema de 800-MHz/533-MHz/400-MHz na microarquitetura Intel NetBurst Taxas de transferências múltiplas de barramento de sistema que ajudam a acelerar a transferência de informações do processador para o resto do sistema, melhorando a transmissão e o desempenho. Proporcionam também ao usuário a flexibilidade de aproveitar as vantagens da maior largura de banda da memória do sistema. Execução dinâmica avançada Estende os recursos da Execução dinâmica encontrados na microarquitetura P6 da geração anterior. A previsão de ramificações melhorada acelera o fluxo de trabalho para o processador e ajuda a superar o pipeline mais profundo. A execução especulativa extremamente profunda e fora de ordem processa mais de 100 instruções especulativamente, garantindo que as unidades de execução superescalares do processador permaneçam ocupadas, melhorando, assim, a execução geral. Unidade de ponto flutuante/multimídia melhorada Uma porta separada de ponto flutuante de 128 bits e uma segunda porta para movimentação de dados capacitam o processamento uniforme de imagens tridimensionais realistas e de outros gráficos. Cache de traço de execução O cache avançado de instrução Nível 1 remove a latência do pipeline do decodificador e faz cache das instruções decodificadas, melhorando, assim, a eficiência e a taxa de acesso para instruções em cache. A porção 12 Kµop do cache Nível 1 fornece instruções decodificadas no pipeline do processador. Há também a porção dos dados de 8 KB do cache Nível 1. Mecanismo de execução rápida O clock da unidade lógico-aritmética (ALU) acionado com o dobro da freqüência principal fornece quatro ALUs de banda larga de computação e permite execução de latência mais baixa, aumentando o desempenho para determinadas operações de inteiros. A microarquitetura Intel NetBurst possibilita ao processador Pentium 4 alcançar significativo avanço no desempenho da computação visual, ambientes simultâneos de aplicativos e o futuro da Internet. Possibilita, ainda, que o processador possua um desempenho avançado em jogos sofisticados e na maioria das aplicações avançadas exigentes. O processador Intel Pentium 4 com Tecnologia HT Extreme Edition foi projetado especificamente para aqueles que conhecem sua tecnologia e almejam alto desempenho. Microprocessadores Intel operando com 64 bits Os processadores Intel Pentium 4 que suportam a tecnologia Intel Extended Memory 64 (Intel EM64T)φ com otimização para a arquitetura IA-32 da Intel em plataformas de workstations podem executar sistemas operacionais e aplicativos criados para se beneficiarem da tecnologia Intel EM64T. O processador Intel Pentium 4 com suporte para a Intel EM64T permite o endereçamento de memória de 64 bits aos usuários de workstations básicas de processador único para obter mais flexibilidade dos aplicativos.