PROF. MARCEL SANTOS SILVA No final do século XIX os computadores mecânicos, que realizavam cálculos através de um sistema de engrenagens, acionado por uma manivela ou outro sistema mecânico qualquer. O relê, um dispositivo eletromecânico, formado por um magneto móvel, que se deslocava unindo dois contatos metálicos. O relê foi muito usado no sistema telefônico, no tempo das centrais analógicas. 2 1
Relê Os relês podem ser considerados como uma espécie de antepassados dos transístores. Suas limitações eram o fato de serem relativamente caros, grandes demais e, ao mesmo tempo, muito lentos: um relê demora mais de um milésimo de segundo para fechar um circuito. 3 Válvula Também no final do século XIX, surgiram as primeiras válvulas. As válvulas foram usadas para criar os primeiros computadores eletrônicos, na década de 40. As válvulas já eram bem mais rápidas que os relês, atingiam frequências de alguns megahertz, o problema é que esquentavam demais, consumiam muita eletricidade e se queimavam com facilidade. 4 2
ENIAC (Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer) Construído em 1945. O ENIAC era composto por nada menos do que 17.468 válvulas, além de 1.500 relês e um grande número de capacitores, resistores e outros componentes. Peso: 30 t Cons. Elétrico: 200 kwh 5 ENIAC (Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer) Processava apenas 5.000 adições, 357 multiplicações ou 38 divisões por segundo. O volume de processamento do ENIAC foi superado pelas calculadoras portáteis ainda na década de 70. Seu custo atual corrigido gira em torno dos 10 milhões de dólares. A programação do ENIAC era feita através de 6.000 chaves manuais e, ao invés de ser feita através de teclas. 6 3
O Transistor O primeiro protótipo surgiu em 16 de dezembro de 1947 consistindo em um pequeno bloco de germânio (que na época era junto com o silício o semicondutor mais pesquisado) e três filamentos de ouro. Um filamento era o pólo positivo, o outro, o pólo negativo, enquanto o terceiro tinha a função de controle. 7 O Transistor Durante a década de 1950, o transístor foi aperfeiçoado e passou a gradualmente dominar a indústria, substituindo rapidamente as problemáticas válvulas. Os modelos foram diminuindo de tamanho, caindo de preço e tornando-se mais rápidos. Alguns transístores da época podiam operar a até 100 MHz. 8 4
O Transistor Quando o transístor está desligado, não existe carga elétrica na base, por isso, não existe corrente elétrica entre o emissor e o coletor. Quando é aplicada uma certa tensão na base, o circuito é fechado e é estabelecida a corrente entre o emissor e o receptor. 9 O Transistor Cada mudança de estado pode então comandar a mudança de estado de vários outros transístores ligados ao primeiro, permitindo o processamento de dados. Num transistor essa mudança de estado pode ser feita bilhões de vezes por segundo, porém, a cada mudança de estado é consumida uma certa quantidade de eletricidade, que é transformada em calor. 10 5
Comparação Um 386, por exemplo, consumia pouco mais de 1 watt de energia e podia funcionar sem nenhum tipo de resfriamento. Um 486DX-4 100 consumia cerca de 5 watts e precisava de um cooler simples, enquanto um Athlon X2 chega a consumir 89 watts de energia (no X2 5600+) e precisa de no mínimo um bom cooler para funcionar bem. Em compensação, a versão mais rápida do 386 operava a apenas 40 MHz, enquanto os processadores atuais já superaram a barreira dos 3.0 GHz. 11 Microship O grande salto veio quando descobriu-se que era possível construir vários transístores sobre o mesmo wafer de silício. Isso permitiu diminuir de forma gritante o custo e tamanho dos computadores. O primeiro microchip comercial foi lançado pela Intel em 1971 e chamava-se 4004. Como o nome sugere, ele era um processador que manipulava palavras de apenas 4 bits, era composto por pouco mais de 2000 transístores e operava a apenas 740 khz. 12 6
Microship Em 1972 surgiu o Intel 8008, o primeiro processador de 8 bits e, em 1974, foi lançado o Intel 8080, antecessor do 8088, que foi o processador usado nos primeiros PCs. Em 1977 a AMD passou a vender um clone do 8080, inaugurando a disputa Intel x AMD, que continua até os dias de hoje. 13 Processadores Atuais Cada processador é constituído por vários milhões de transístores, divididos em diversos grupos de componentes, entre eles as unidades de execução (onde as instruções são realmente processadas) e os caches. 14 7
Processadores Atuais Cada processador é testado individualmente, através de um processo automático. O wafer é finalmente cortado e os processadores "bons" são finalmente encapsulados, ou seja, instalados dentro da estrutura que os protege e facilita o manuseio e a instalação. 15 Processadores Atuais Um Core Duo 6600 (2.4 GHz) não é diferente de um Core Duo 6800 (2.96 GHz), por exemplo. Ambos compartilham a mesma arquitetura e passaram pela mesma linha de produção (pode ser que os dois tenham até mesmo compartilhado o mesmo wafer). A única diferença é que o 6800 teve a "sorte de sair mais perfeito e, graças a isso, ser capaz de operar a frequências mais altas. 16 8
Processadores Atuais (Curiosidades) O Intel 4004 era produzido usando uma técnica de 10 micra, em que cada transístor media o equivalente a 1/100 de milímetro. (fio de cabelo possui apenas 1/10 de milímetro) O 486 já foi produzido numa técnica de 1 mícron, onde cada transístor ocupa uma área 100 vezes menor. Enquanto o 4004 tinha apenas 2.000 transístores, o 486 tinha um milhão deles. O 4004 opera a 740 khz, o 486 atingiu 100 MHz. 17 Processadores Atuais (Curiosidades) Um Core 2 Duo X6800 é fabricado numa técnica de 0.065 mícron (237 vezes menores que os do 486), possui 291 milhões de transístores e opera a 2.93 GHz. 0.065 mícron =~ 65 nanômetros. 18 9
80286 O Intel 80286 foi lançado em 1982. Basicamente, como novidades ele trazia o uso do barramento de 16 bits, possibilidade de acesso a até 16 MB de memória e unidade de gerenciamento de memória integrada (permitia multitarefa em quantidade limitada). 19 80386 O Intel 80386 (386 ou i386) trouxe como principal diferencial de seu antecessor a capacidade de executar multitarefa preemptiva e utilizava o barramento de 32 bits 20 10
486 Ele já contava com cache de dados, instruções no chip, uma unidade de barramento melhorada (embora ainda com 32 bits). 21 Pentium (i586) Com relação ao seu predecessor, as principais alterações foram o barramento de 64 bits (porém os registradores permaneciam de 32 bits). Além de Pipelines e instruções MMX. 22 11
Pentium II, III, Celeron e IV Alguns melhoramentos em barramentos, cache L1 e L2 com frequências em torno 650, 667, 700, 733, 750, 800, 850, 900 MHz e 1 GHz. Celeron era um processador de baixo custo sem cache L2. O Pentium IV chegou a frequências de até 3,8 GHz, com uma dissipação grande de calor. 23 Pentium D Processador dual-core formado pela combinação de dois processadores separados, instalados dentro do mesmo encapsulamento. Pentium 4 HT (Extreme Edition) Suporte a Hyper-Threading (vendida sob a marca "Pentium 4 HT"), que incluiu modelos com de 2.4 a 3.4 GHz. 24 12
Core 2 Duo, Core 2 Quad Lançados a partir de 2006, esta linha é composta por um processador de dois núcleos, execução de mais instruções por ciclo de clock, maior aproveitamento de energia e um maior barramento de dados. Todos os Core 2 Duo utilizam o soquete 775, sem nenhum tipo de compatibilidade com as antigas placas soquete 478, que ficam limitadas aos Pentium 4 e Celeron D. 25 Core i3, i5, i7 Lançados a partir de 2008 diferenciam na quantidade de memória cache, controlador de memória integrado (função antes exercida pelo chip da Ponte Norte). Outra de suas principais características é o fato de possuírem o sistema Hyper-Threading. Xeon série de processadores de alto desempenho para servidores. 26 13
Nova linha de processadores Haswell-E. Os modelos i7-5820k, i7-5930k e i7-5960k chegam as lojas em 29/08/2014. Além disso, na mesma data deve acontecer também o lançamento do chipset X99. O Core i7-5960x é o primeiro chip para uso doméstico a contar com oito núcleos de processamento. Esta versão conta com clock de 3 GHz (até 3,5 GHz com Turbo Boost), 20 MB de cache L3 e suporte para a tecnologia Hyper-Threading. 27 Nova linha de processadores Haswell-E. Já as versões i7-5820k e i7-5930k possuem seis núcleos de processamento e 15 MB de cache L3. A principal diferença entre eles fica por conta do clock: são 3,5 GHz (até 3,7 GHz com Turbo Boost) no i7-5930k e 3,3 GHz (até 3,6 GHz com Turbo Boost) no modelo i7-5820k. Os três modelos têm multiplicador destravado, suporte para memórias DDR4-2133, TDP de 140W e compatibilidade com socket LGA2011-3. FONTE: CPU World 28 14
Processadores AMD K5 - (1995, concorrente do Pentium) K6 - (1996, apresentava instruções MMX) Athlon (K7) - frequência de 500 Mhz a 2333 Mhz Duron - lançado em 2000, concorrer com o Celeron Sempron - algumas melhorias na arquitetura Alhlon XP - processar mais instruções por clock AMD64 (K8) - inclusão de instruções 64 bits Phenom (K10) - alto desempenho Turion - voltado para notebooks Opteron Série X 29 Referências MORIMOTO, C. E.. Hardware, O Guia Definitivo. 3ª ed. Porto Alegre: Sul Editores, 2007. 30 15
Atividade Extraclasse Realizar uma pesquisa, apresentando as diferenças entre os processadores fabricados pela Intel e AMD. O trabalho deve conter as características de cada processador, seus diferenciais e utilização. Informações importantes. 1. Um trabalho por grupo; 2. Enviar por e-mail até às 21:00 horas de 23/08/2016. 1. Email: marcel.silva9@fatec.sp.gov.br 2. Deve constar o nome de todos os integrantes do grupo que participaram do trabalho. 31 16