CPU Unidade Central de Processamento História e progresso O microprocessador, ou CPU, como é mais conhecido, é o cérebro do computador e é ele que executa todos os cálculos e processamentos necessários, exceptuando casos especiais de cálculo matemático intensivo, cálculos esses que são executados com o apoio de um circuito especial, o coprocessador matemático. O nome deriva de: Unidade, porque é um só circuito integrado; Central, porque é o único centro de processamento de um computador; Processamento, porque processa (move e calcula) dados. Embora se pense que só existe num computador, o processador existe em muitos outros utensílios modernos, como por exemplo, telemóveis, máquinas fotográficas digitais, televisões, rádios, automóveis, leitores portáteis de CD e MD, etc. O CPU processa todo o tipo de informação, seja ela texto, números, som, vídeo, fotos, gráficos, imagens gráficas de jogos, etc. Cada dia que passa, existe mais informação a processar, mais fontes de informação, com uma necessidade de maior rapidez. Como resposta a esta necessidade constante, os fabricantes constroem processadores mais rápidos e com maiores capacidades, memórias mais rápidas e BUS mais rápidos. O primeiro microprocessador a ser fabricado, foi o Intel 4004 e surgiu em 1971. Este processador não era muito potente, pois executava simplesmente adições e subtracções, e somente a 4 bits de cada vez. Mas contrariamente aos anteriores, ele era construído num só chip. O 4004 foi usado num dos primeiros calculadores electrónicos que foi construído. O primeiro microprocessador a ser utilizado num computador pessoal foi o Intel 8080, que trabalhava a 8 bits e surgiu em 1971. No entanto, o primeiro microprocessador a criar verdadeiro espanto entre as pessoas, foi o Intel 8086. Por volta de 1978, a Intel apresentou-o e logo se criou grandes expectativas quanto ao desenvolvimento dos computadores. Este tinha as seguintes características principais: 1. Utilizava um conjunto de instruções internas ao processador, conhecidas por instruções X86. estas instruções facilitavam a programação e uso do computador e ainda são utilizadas nos processadores mais recentes; 2. Possuía registos de 16 bits; Prof. Luís Figueiredo 1
3. Um barramento de dados de 16 bits 4. Possuía 29 000 transístores 5. Tinha um barramento de endereçamento de memória de 20 bits, podendo, desta forma, endereçar até 1 Mbyte de memória No ano seguinte, ou seja em 1979, a Intel apresentou um melhoramento ao 8086. Este novo processador chamado de 8088, era, ainda, um processador de 16 bits, mas tinha um barramento de dados de somente 8 bits. Todas as suas restantes características eram idênticas ao seu antecessor 8086, com o qual era perfeitamente compatível, nomeadamente na utilização de programas elaborados para o 8086. A velocidade de trabalho situava-se nos 4,77 Mhz. Só passados três anos, em 1982, a Intel apresentou um novo processador, chamado de 80286, ou mais vulgarmente i286. Este processador permitia o endereçamento de 16 Mbytes de memória, possuía cerca de 130 000 transístores, trabalhava entre 8 e 12 Mhz e aumentava em seis vezes a potência do 8086. Finalmente possuía um barramento de endereços de 24 bits e um barramento de dados de 16 bits. Novamente passados mais três anos, em 1985, a Intel lançou outro grande sucesso: o 80386, ou vulgarmente conhecido por i386. Este processador trabalha a velocidades entre os 16 e 25 Mhz no 386SX, e entre os 20 e 40 Mhz no 386DX. Possui um desenho de 32 bits com 275 000 transístores. Foi o primeiro processador da Intel a ter ambos os barramentos (dados e endereços) de 32 bits. Possui a capacidade de endereçar 4 Gbytes, e foi o primeiro das família Intel a suportar endereçamento linear. Em 1989, a Intel lança um aperfeiçoamento ao 386, chamado de 80486, e que ficou mais conhecido por 486. Este processador continha 1,2 milhões de transístores, um processador aritmético (coprocessador matemático) interno e incluía, também, uma memória cache interna de 8 Kbytes. Este processador trabalhava entre os 16 e os 100 Mhz. No entanto, estes processadores tinham uma limitação: só processavam uma instrução de código de cada vez. Após vários anos de pesquisa, a Intel lançou um processador a incorporar uma arquitectura superescalar, que permitia a execução de duas instruções de código. Este processador surgiu em 1993, e ficou conhecido por Pentium. Este processador possui um barramento de dados de 64 bits, assim como uma Prof. Luís Figueiredo 2
cache de 16 Kbytes. Possui ainda cerca de 3,1 milhões de transístores e é capaz de atingir uma frequência de 200 Mhz. Em 1995, a Intel apresenta um melhoramento ao seu Pentium: o Pentium PRO. Este novo processador veio aumentar a eficiência e rapidez dos programas e sistemas operativos de 32 bits. É capaz de executar até três instruções simultâneas, possui cerca de 5,5 milhões de transístores e trabalha com frequências entre os 60 e 200 Mhz. Possui ainda uma nova memória cache com capacidade de 256 ou 512 Kbytes. Finalmente o seu barramento de endereços é de 36 bits. Passados dois anos, mais precisamente em 1997, a Intel apresentou o processador Pentium MMX. Este processador apresenta 57 novas instruções internas que permitem manipular e processar eficientemente vídeo, áudio, e dados gráficos. Desta forma, deixou de ser necessário programar certos comandos de manipulação deste tipo de dados, bastando efectuar a chamada dessas instruções. A outra grande diferença situa-se nas frequências de trabalho, que passaram a situarem-se entre os 166 a 233 Mhz. Ainda durante o ano de 1997, a Intel lançou o seu processador Pentium II, que inicialmente fora baptizado de Klamath. Este processador começou a trabalhar a 233 Mhz e foi terminar a 450 Mhz. Este processador possuía uma memória cache de nível 2 de 256 ou 512 Kbytes, incorporava a tecnologia MMX, lançada ainda durante este ano, e algumas novas tecnologias, tais como a Dynamic Execution, a arquitectura DIB (Dual Independent Bus) e o Inteligent input/output. No ano seguinte, em 1998, a Intel lançou um processador pensado para os servidores de gama média e alta. Este processador foi baptizado com o nome Pentium II Xeon. Trabalhava a 400 e 450 Mhz. Ainda no decorrer de 1998, a Intel lança no mercado um processador para computadores de gama baixa, e que não precisem de altas velocidades de processamento. Este processador recebeu o nome de Celeron, e a princípio não trazia memória cache. Passado pouco tempo, cerca de quatro meses depois, a Intel apercebeu-se que sem memória cache, o Celeron não correspondia ás expectativas, tendo então produzido o processador Celeron A, já contendo memória cache. Quanto a características, o primeiro Celeron possuía 7,5 milhões de transístores, e o Celeron A passou a possuir 19 milhões. O Celeron tem velocidades de 266 e de 300 Mhz, enquanto que o Celeron A tem uma velocidade que começou nos 300 Mhz e acabou nos 533 Mhz. de resto, qualquer um dos dois era semelhante ao Pentium II, excepto na memória cache. Em Fevereiro de 1999, apareceu o Pentium III, ou Katmai, que oferece um desempenho excelente para qualquer tipo de software baseado Prof. Luís Figueiredo 3
na arquitectura Intel. Tem no seu interior cerca de 9,5 milhões de transístores e possui velocidades entre os 400 e os 600 Mhz. Em Março do mesmo ano, a Intel apresenta o processador Pentium III Xeon. Este processador é mais apropriado para servidores, contendo no seu interior cerca de 9,5 milhões de transístores, trabalhando a velocidades de 500 e de 550 Mhz, contendo algumas diferenças em relação ao Pentium III, diferenças essas registadas na optimização do processador para uso intensivo de um servidor. Em Outubro de 1999, a Intel efectua uma nova melhoria no seu processador Pentium III, e começa a comercialização do Pentium III E. Este processador possui cerca de 28,1 milhões de transístores, e trabalha entre os 600 Mhz e os 1,26 Ghz. A partir desta versão, a Intel abandona a caixa tipo rectangular conhecida por SECC, e regressa ao aspecto de chip. Em Março de 2000, a Intel anuncia o processador Celeron II, contendo as mesmas características dos seus antecessores, este novo Celeron apresenta uma memória cache de 512 Kbytes, possui cerca de 28,1 milhões de transístores e possui velocidades desde os 500 aos 766 Mhz. Em Novembro de 2000, a Intel apresenta um processador com 42 milhões de transístores, 1,4 Ghz de velocidade, e utilizando a nova arquitectura Netburst. Este processador recebeu o nome de Pentium IV. Mais actualmente, os fabricantes de processadores tendem a desenvolver processadores para computadores portáteis. Para este tipo de máquinas, o processador terá que ter em conta aspectos de poupança de energia, que tem implicações mais ou menos notadas na velocidade de processamento. Mas não só a Intel fabrica processadores. Outros fabricantes existem no mercado. Um grande fabricante de processadores tem por nome American Megatrend Devices, ou mais conhecida por AMD. Esta empresa fabrica processadores concorrentes aos da Intel. Por volta de 1974, a Motorola apresentou o seu primeiro processador, chamado de 6800. Este processador era um processador de 8 bits, e possuía 4 000 transístores. Ainda hoje a Motorola fabrica processadores, denominados de Power PC, utilizados nos computadores tipo Macintosh. Prof. Luís Figueiredo 4
Vejamos, agora, os CPU por gerações: Prof. Luís Figueiredo 5
Até há pouco tempo, o CPU era o único centro de processamento. Impulsionado principalmente pela maior definição dos jogos, os fabricantes de placas gráficas desenvolveram uma nova tecnologia, capaz de efectuar todo o processamento gráfico. O resultado desta tecnologia concentrou-se numa nova unidade, conhecida por GPU ou Unidade de Processamento Gráfico. Esta unidade, em conjunto com memória específica existente na própria placa gráfica, libertou o CPU de todo o processamento gráfico e de imagem, aumentando a performance global do computador. Prof. Luís Figueiredo 6