Evolução das velocidades de processamento, de acesso à memória, do disco e das interfaces de rede

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1 Evolução das velocidades de processamento, de acesso à memória, do disco e das interfaces de rede Alberto Bueno Júnior Novembro de

2 Sumário 1 Introdução 3 2 Evolução dos processadores A lei de Moore Processadores da Intel Número de transístores Litografia Clock Evolução das memórias Tipos de memórias Memórias ROM (Read-Only Memory) Memórias RAM (Random Access Memory) Tipos de encapsulamentos SIPP (Single In-line Pin Package) SIMM (Single In-line Memory Module) DIMM (Dual In-line Memory Module) Evolução das velocidades Evolução dos discos rígidos O primeiro disco rígido Evolução Evolução das interfaces de rede Token ring Ethernet Wi-Fi Linha do tempo 24 7 Bibliografia 26 2

3 1 Introdução Para estudar a evolução dos computadores não basta olhar apenas para os processadores. Embora estes sejam os corações dos computadores, não foram só eles que tornaram os computadores no que são hoje. Portanto, precisamos ter uma visão mais abrangente. E isso pode ser feito analisando os seguintes componentes: Processadores, memórias, discos rígidos e interfaces de rede. 3

4 2 Evolução dos processadores 2.1 A lei de Moore Em 1965, Gordon Moore, co-fundador da Intel, fez uma previsão de que o número de transístores em um chip iria dobrar a cada 2 anos. A previsão de Moore de fato acontece desde 1965, se tornando uma tendência comercial. Desde então, ela foi conhecida como Lei de Moore. Muitas tecnologias estão ligadas à Lei de Moore, assim como suas capacidades, como velocidade de processamento, armazenamento de memória, etc. Naturalmente, chegaremos a um ponto onde a Lei de Moore não se aplicará mais. Isso se deve ao fato de que os transístores atuais estão chegando perto da escala atí mica e, obviamente, não é possível criar transístores menores que átomos (para referência, o tamanho do átomo de Silício é de 111pm = 0, 111nm = m). Esse limite é conhecido como Limite fundamental. 2.2 Processadores da Intel A tabela abaixo mostra 31 processadores da Intel, dispostos em ordem cronológica. Nome Clock Data Núcleos Transístores Litografia Bus khz ,3 mil 10 micron 4 bits khz ,5 mil 10 micron 8 bits MHz mil 6 micron 8 bits MHz ,5 mil 3 micron 8 bits MHz mil 3 micron 16 bits MHz mil 3 micron 8 bits MHz mil 1,5 micron 16 bits 386 DX 33 MHz mil 1,5 micron 32 bits 386 SX 33 MHz mil 1,5 micron 16 bits 486 DX 50 MHz ,2 milhíµes 1 micron 32 bits 386 SL 25 MHz mil 1 micron 16 bits 486 SX 33 MHz ,2 milhíµes 1 micron 32 bits 486 SL 33 MHz ,4 milhíµes 0,8 micron 32 bits Pentium 66 MHz ,1 milhíµes 0,8 micron 32 bits Pentium 75 MHz ,3 milhíµes 0,6 micron 32 bits Pentium Pro 200 MHz ,5 milhíµes 0,35 micron 32 bits Pentium 200 MHz ,3 milhíµes 0,35 micron 32 bits Mobile Pentium 233 MHz ,5 milhíµes 0,25 micron 32 bits Pentium II Xeon 450 MHz ,5 milhíµes 0,25 micron 64 bits Pentium III Xeon 733 MHz milhíµes 0,18 micron 64 bits Pentium 4 1,5 GHz milhíµes 0,18 micron 64 bits ULV Pentium III 700 MHz milhíµes 0,13 micron 64 bits Celeron 2,2 GHz milhíµes 0,13 micron 64 bits Mobile Celeron 2,5 GHz milhíµes 0,13 micron 64 bits Celeron D 3,06 GHz milhíµes 90 nm 64 bits Dual Core Xeon 2,666 GHz milhíµes 90 nm 64 bits Quad-Core Xeon X5355 2,66 GHz milhíµes 65 nm 64 bits Core 2 Extreme QX9770 3,2 GHz milhíµes 45 nm 64 bits Core 2 Extreme Q GHz milhíµes 45 nm 64 bits Core i ,66 GHz milhíµes 45 nm 64 bits Core i7-980 Extreme Edition 3,33 GHz milhíµes 32 nm 64 bits 4

5 2.3 Número de transístores O gráfico abaixo foi obtido a partir dos dados da tabela. Podemos ver claramente o crescimento do número de transístores nos processadores, com uma aceleração acentuada a partir do ano de

6 2.4 Litografia A diminuição no tamanho dos transístores foi fundamental para a evolução dos processadores, pois quanto menor um transístor mais destes um processador pode ter e, consequentemente, mais complexo pode ser. 6

7 2.5 Clock Este gráfico nos mostra que a velocidade de operação dos processadores cresceu rapidamente nos últimos anos. Contudo, há uma barreira no caminho: o super-aquecimento. Desta forma, acredita-se que o clock dos processadores se estabilizem. Mas a tendência atual para resolver esse problema tem sido a criação dos multi-cores (Processadores com vários núcleos de processamento). 7

8 3 Evolução das memórias 3.1 Tipos de memórias Memórias ROM (Read-Only Memory) Como o próprio nome dize, as ROMs são memórias apenas para leitura, de forma que os dados gravados não podem ser alterados. Contudo, alguns tipos mais modernos de ROMs possibilitam a reescrita. Esses tipos ainda são categorizados como ROMs pelo fato de que os processos de reescritas são lentos e difíceis e geralmente utilizam ferramentas específicas. Um fato importante sobre as ROMs é que elas são não-voláteis, isto é, os dados continuam gravados mesmo quando a alimentação de energia pára. Os tipos de ROM são: MROM (Mask ROM): í o tipo de ROM que não pode ser reescrito. programável no momento de sua fabricação. Portanto ele só é PROM (Programmable ROM): í parecido com as MROMs, pois não podem ser reescritos. Este tipo também é programável uma única vez, mas o que o difere das MROMs é que ele pode ser programado após sua fabricação. EPROM (Erasable Programmable ROM): í o tipo de memória ROM que pode ser alterado, sob exposição de luz ultravioleta. Este tipo geralmente é usado para armazenar a BIOS do computador. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Também pode ser alterado, usando uma voltagem maior do que a normal. Este tipo pode ser reprogramado no lugar, enquanto as EPROM devem ser retiradas do dispositivo. Flash memories, usados em pendrives e MP3 players, são um tipo específico de EEPROM Memórias RAM (Random Access Memory) Ao contrário das ROMs, as memórias RAM são voláteis, isto é, os dados se perdem quando cortamos a alimentação elétrica. Elas possuem esse nome pois possibilitam que o acesso a qualquer dado seja feito em qualquer ordem (ou seja, um acesso aleatório). Além disso, os dados são sempre obtidos em tempo constante, independentemente de sua posição física e dos dados obtidos anteriormente. Antes de mostrar os diferentes tipos de memória RAM, é preciso definir um processado conhecido como Memory refresh. Memory Refresh: Alguns tipos de memória utilizam capacitores, além de transístores, para armazenar os bits. Capacitores são feitos para armazenar uma determinada carga elétrica. Contudo, eles descarregam com o tempo. Dessa forma, é preciso que eles sejam recarregados periodicamente, ou os dados são perdidos. O processo de recarregar os capacitores da memória é chamado de Memory Refresh. 8

9 Abaixo, os tipos de memória RAM. SRAM (Static RAM): A palavra Static nas memórias SRAM faz referência ao fato de que elas não utilizam a técnica de Memory Refresh, ao contrário das DRAMs. Em comparação a estas últimas, as SRAMs são bem mais caras e necessitam de mais espaço físico para armazenar cada bit (pois cada um é armazenado por quatro transístores), além de serem bem mais rápidas. Por esses motivos, as SRAMs são utilizadas em casos em que a velocidade é uma grande preocupação. Registradores e memória cache de processadores são alguns exemplos de uso. As SRAMs se dividem em dois tipos, em termos de modo de funcionamento: Síncronas: Os dados que entram e saem da memória são controlados por um clock. Assíncronas: í o contrário das síncronas, isto é, é independente de um clock. DRAM (Dynamic RAM) Nas DRAMs, cada bit é armazenado por um transístor e um capacitor. Se faz necessária, portanto, a utilização de Memory Refresh. Naturalmente, isso faz com que as DRAMs sejam mais lentas que as SRAMs. Mas as DRAMs tem um vantagem: sua simplicidade estrutural. Como são utilizados um transístor e um capacitor por bit, elas podem alcançar alto nível de densidade, isto é, bits por espaço físico. As RAMs são utilizadas nos casos em que a capacidade de armazenamento e o baixo custo são as principais preocupaçíµes, comoemmemóriasprincipaisdecomputadoresevideogames. As principais variaçíµesdasinterf acesusadasparaacessarasdramssão : Fast Page Mode DRAM EDO DRAM (Extended Data Out DRAM) BEDO DRAM (Burst EDO DRAM) DRDRAM (Direct Rambus DRAM) SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) Em geral, as DRAMs são assíncronas. Já as SDRAMs são síncronas, o que significa que elas trabalham seguindo um clock e em síncronia com o barramento do sistema. Nesse caso, o clock é utilizado para manter o controle de uma FSM (Finite State Machine) interna na memória, que utiliza pipelining. Isso significa que as SDRAMs podem realizar operaçíµesmaiscomplexasdoqueasdramsassíncronas Quando uma instrução de leitura chega ao pipeline, a saída dos dados ocorre após um número fixo de pulsos de clock. Esse tempo é conhecido com a latência da memória. As SDRAMs são largamente utilizadas em computadores atualmente. Abaixo estão os tipos de SDRAM. SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM): Transfere um comando e uma palavra de dados por ciclo de clock. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): Transfere um comando e duas palavra de dados por ciclo de clock. DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM): Transfere um comando e quatro palavra de dados por ciclo de clock. DDR3 SDRAM (Double Data Rate 3 SDRAM): Transfere um comando e oito palavra de dados por ciclo de clock. TTRAM (Twin Transistor RAM): A-RAM (Advanced Transistor RAM): 9

10 3.2 Tipos de encapsulamentos SIPP (Single In-line Pin Package) O SIPP, com 30 pinos, foi utilizado em algumas memórias RAM antigas, utilizadas no Intel Posteriormente, as SIPPs foram substituídas por SIMMs, pois estas eram mais fáceis de instalar. Abaixo uma imagem de uma memória que utiliza encapsulamento SIPP SIMM (Single In-line Memory Module) O SIMM foi utilizado do começo da década de 80 até final da década de 90. Os pinos do SIMM são redundantes, no sentido em que os contatos dos dois lados da memória não são separados. Existem duas categorias: 30 pinos Tamanhos: 256 KB, 1 MB, 4 MB, 16 MB. Barramento: 8 bits. Utilizado em: Intel 80286, Intel 80386, Intel pinos Tamanhos: 1 MB, 2 MB, 4 MB, 16 MB, 32 MB, 64 MB, 128 MB. Barramento: 32 bits. Utilizado em: Intel Pentium, Intel Pentium Pro. Devido às diferentes larguras de barramentos de módulos de memória e de alguns processadores, í s vezes era necessário instalar módulos em pares idênticos para completar o barramento. Por exemplo, o 286 ou o 386 SX tinham barramento de 16 bits, o que necessitaria de dois módulos SIMMs de 30 pinos (8 bits de bus). Abaixo uma imagem de memórias SIMM de 30 e 72 pinos. 10

11 3.2.3 DIMM (Dual In-line Memory Module) Os DIMMs foram introduzidos com o Intel Pentium, e substituíram os SIMMs. Ao contrário destes, os DIMMs isolam os dois lados dos pinos, criando dois contatos elétricos diferentes. Outra diferença é que eles têm barramento de 64 bits, assim como o Intem Pentium e a maioria dos processadores. Isso acabou com o problema que ocorria com os SIMMs, onde muitas vezes era necessário colocar pares idênticos de módulos para completar o barramento. Tipos de DIMM: DIMM comum: í ó tipo mais comum, utilizado em computadores do tipo Desktop e servidores. As variantes são: 168 pinos: Utilizado em memórias EDO SDRAM e SDR SDRAM 184 pinos: Utilizado em memórias DDR SDRAM 240 pinos: Utilizado em memórias DDR2 SDRAM e DDR3 SDRAM Abaixo uma imagem com um DIMM comum de 168 pinos e um de 184 pinos: 11

12 SO-DIMM (Small Outline DIMM): í um tipo geralmente utilizado em notebooks, pois os SO-DIMMs são significantemente menores que os DIMMs comuns. As variantes são: 72 pinos: Utilizado em memórias EDO DRAM e FPM DRAM. í o único DIMM que tem barramento de 32 bits. 144 pinos: Utilizado em memórias SDR SDRAM 200 pinos: Utilizado em memórias DDR SDRAM e DDR2 SDRAM 204 pinos: Utilizado em memórias DDR3 SDRAM Abaixo uma imagem de um SO-DIMM de 200 pinos: Micro DIMM: Ainda menores que os SO-DIMMs, estes são geralmente utilizados em Netbooks ou até mesmo alguns Notebooks. As variantes são: 144 pinos: Utilizado em memórias SDRAM 172 pinos: Utilizado em memórias DDR SDRAM 214 pinos: Utilizado em memórias DDR2 SDRAM Abaixo, um Micro DIMM de 214 pinos: 12

13 3.3 Evolução das velocidades Para alguns tipos de memórias existe um padrão de frequência de clock e nomenclatura. Abaixo uma tabela com esses padríµes. Nome Tipo Frequência Encapsulamento PC66 SDR SDRAM 66 MHz DIMM PC100 SDR SDRAM 100 MHz DIMM PC133 SDR SDRAM 133 MHz DIMM PC133 SDR SDRAM 133 MHz DIMM PC1600 DDR SDRAM 200 MHz DIMM PC2100 DDR SDRAM 266 MHz DIMM PC2700 DDR SDRAM 333 MHz DIMM PC3200 DDR SDRAM 400 MHz DIMM PC DDR2 SDRAM 400 MHz DIMM PC DDR2 SDRAM 533 MHz DIMM PC DDR2 SDRAM 667 MHz DIMM PC DDR2 SDRAM 800 MHz DIMM PC DDR2 SDRAM 1000 MHz DIMM PC DDR2 SDRAM 1066 MHz DIMM PC DDR2 SDRAM 1200 MHz DIMM PC DDR3 SDRAM 800 MHz DIMM PC DDR3 SDRAM 1066 MHz DIMM PC DDR3 SDRAM 1333 MHz DIMM PC DDR3 SDRAM 1600 MHz DIMM PC DDR3 SDRAM 2000 MHz DIMM 13

14 4 Evolução dos discos rígidos Os díscos rígidos são dispositivos de armazenamento não-volátil e de acesso aleatório de dados. Os dados são gravados magneticamente em discos metálicos chamados de pratos. 4.1 O primeiro disco rígido O primeiro disco rígido foi inventado pela IBM em O nome dele era IBM 350 e fazia parte do computador IBM RAMAC 305. Ele continha 50 pratos de 60,96cm de diâmetro cada e que giravam a 1200 RPM. O sistema inteiro poderia armazenar até 5 MB. Abaixo uma imagem do IBM 350: 14

15 Abaixo uma imagem do IBM 305 RAMAC, que utilizava o IBM 350: 15

16 4.2 Evolução Ano Acontecimento 1956 Surgimento do primeiro disco rígido do mundo, com o computador RAMAC A Western Digital é fundada na Califórnia IBM introduz o primeiro disco rígido com 1 GB. Era do tamanho de um refrigerador e custava 40 mil dólares As empreas Control Data, Compaq Computer e Western Digital colaboram para desenvolver o IDE de 40 pinos A especificação oficial do SCSI é lançada. O computador Mac Plus, da Apple, é um dos primeiros a usá-lo Seagate introduz a família Cheetah, os primeiros discos rígidos de 10,000 RPM IBM anuncia o Microdrive, o menor disco rígido até então. Tinha um único prato de 2,54 cm com 340 MB Seagate produz o primeiro disco rígido com 15,000 RPM, o Cheetah X Seagate produz o primeiro SATA, o Barracuda ATA V IBM vende o seu Data Storage Division para a empresa Hitachi, terminando seu envolvimento no desenvolvimento e venda de disco rígidos Western Digital introduz o primeiro SATA de 10,000 RPM, o Raptor, com 37 GB A Toshiba cria o MK2001MTN, o primeiro disco rígido com um prato de 2.16 cm, com 2GB A Seagate compra a Maxtor A Seagate lança o Barracuda , com 750 GB, então o disco rígido com maior capacidade até a época Cornice e Seagate anunciam discos rígidos com pratos de 2,54 cm, com 12 GB Seagae lança o Barracuda XT com 4 pratos de 500 GB cada. Usava interface SATA 6 Gbps. 16

17 O microdrive: O Barracuda XT: 17

18 Ano Fabricante Tamanho Custo Custo por GB 1956 IBM 5 MB U$50,000,00 U$10,000,000, North Star 18 MB U$4,199,00 U$233,000, Western Digital 20 MB U$899,00 U$ 53,000, Maxtor Ultra ATA 80 GB U$479,99 U$6, Western Digital 2 TB U$312,00 U$0,16 18

19 5 Evolução das interfaces de rede 5.1 Token ring O Token ring surgiu por volta de 1985 e conseguia transferir até 4 Mbps. Em 1989, a IBM introduziu os primeiras placas token ring que trabalhavam até 16 Mbps. Esses dois modelos foram padronizados no IEEE Mais tarde foram produzidas placas de 100 Mbps. Abaixo uma imagem de uma placa Token Ring de 16 Mbps: 19

20 5.2 Ethernet O Ethernet faz parte do padrão IEEE Ele foi desenvolvido pela Xerox por volta de 1975 e hoje é o padrão adotado para Redes Locais. Essa tecnologia evoluiu bastante ao longo do tempo, apresentando velocidades de 10, 100 e 1000 Mbps. Abaixo uma imagem de um dos primeiros modelos de Ethernet, o 10BASE2 de 10 Mbps, que utilizava cabos coaxiais: E abaixo um modelo recente, o 10BASE-T, de 100 Mbps: 20

21 5.3 Wi-Fi O Wi-Fi (logo acima) foi padronizado no IEEE Existem variações da tecnologia: a, b, g, n. Abaixo uma placa de Wi-Fi para Desktops: Padrão Transferência b 11 Mbps a 54 Mbps g 54 Mbps n 150, 300, 450, 600 Mbps 21

22 Abaixo uma placa de Wi-Fi para notebooks: 22

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24 6 Linha do tempo 24

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26 7 Bibliografia html?tag=mncol 26