AC 12ºANO » MÓDULO 4A - ARQUITETURA DE MICROPROCESSADORES

ARQUITETURA DE COMPUTADORES

1. O QUE É UM MICROPROCESSADOR

O Processador ou Microprocessador, também conhecido como CPU (Central Processing Unit) ou UCP(Unidade Central de Processamento) é um circuito integrado responsável pela tomada de decisões e pela realização das operações aritméticas e lógicas.

O Microprocessador precisa de instruções. As instruções são fornecidas na sua maioria pelo Sistema Operativo.

O Microprocessador é um dispositivo multifuncional, programável que recebe dados digitais como entrada, processa-os de acordo com as instruções armazenadas na memória e fornece resultados como saída.

Pode-se afirmar que o Microprocessador (ou processador) é o cérebro da placa mãe uma vez que controla as operações do computador como um todo e também interpreta e executa as instruções dos programas.

O que diferencia um microprocessador de outro é a quantidade de instruções que suporta, o tamanho da palavra interpretada, o barramento de dados e a  velocidade de execução de instruções.


Quantidade de instruções que suporta:
as instruções informam o que o processador deverá fazer com os dados.

O tamanho da palavra interpretada:
o tamanho da palavra indica a quantidade de Bits interpretados a cada ciclo pelo microprocessador, quanto maior o tamanho da palavra, maior será a desempenho do computador.

O barramento de dados:
O processador comunica com os outros circuitos e placas que são encaixadas nos "slots" ou seja, nos conectores da motherboard (placa-mãe). O caminho pelo qual se dá essa comunicação entre o processador e as outras placas é denominado de barramento.

A  velocidade de execução de instruções:
É importante notar que quanto mais rápido for o processador, maior será a velocidade com que os dados serão trabalhados e mais rapidamente as instruções serão executadas.
O que determina se um processador é mais rápido que outro é a velocidade de execução de instruções, que geralmente é medida pelo clock na unidade megaHertz (MHz = milhões de ciclos por segundo em unidades antigas, ou em GHz (gigahertz) nos processadores mais novos.


 


2. A Arquitetura de von Neumann

... "As grandes invenções tecnológicas dificilmente aparecem de maneira independente. A idéia de automatizar os cálculos vem desde a antiguidade e começou com a utilização de pedras e outros dispositivos que deram origem aos ábacos, progredindo durante vários séculos até o aparecimento de computadores digitais na década de 1940." ...

A Arquitetura de von Neumann - de John von Neumann - é uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar os programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular programas e dados. Esta arquitetura é um projeto modelo de um computador digital que utiliza uma unidade de processamento (CPU) e uma de armazenamento (MEMÓRIA) para comportar, respectivamente, instruções e dados.

A máquina proposta por Von Neumann reúne os seguintes componentes: uma memória, uma unidade aritmética e lógica (ALU), uma unidade central de processamento (CPU), composta por diversos registradores, e uma Unidade de Controle (CU), cuja função é localizar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-lo sobre os dados de entrada.


EXERCÍCIO 1

 

Produza um documento que contextualize o surgimento da arquitetura de von Neumann e que revele o impacto do projeto de von Neumann na computação/informática.

Von Neumann: suas contribuições à Computação


3. O Transistor

 O transístor é um componente eletrónico semicondutor com várias funções, nomeadamente: amplificador de sinal (tensão), comutador de circuitos e amplificador e regulador de corrente.
A palavra transístor resultou da justaposição das palavras transferresistor , isto é, resistência de transferência, visto poder ser considerado como uma resistência, fixa ou variável colocada entre o gerador e a carga.

Foi inventado na década de 1950 dada a necessidade então sentida de encontrar um substituto para a válvula eletrónica. A ideia era conseguir um componente mais barato, mais pequeno e que consumisse menos energia,

Portanto, era necessário que as válvulas fossem substituídas por um novo componente menor e mais barato.
As pesquisas militares começavam a ficar cada vez mais complexas e exigiam os computadores mais pequenos e que pudessem trabalhar em frequências maiores.

Em novembro de 1947, os cientistas do laboratório da Bell Telephone descobriram o transistor. Este tornou-se o responsável pela amplificação do sinal uma vez que quando aplicada uma certa tensão a um dos terminais do componente, o sinal que sai no outro terminal é amplificado. Sendo assim, o transistor tornou-se o responsável pela amplificação de sinal, além de servir como um controlador que interrompe ou libera a passagem de corrente elétrica.

O transistor é composto por 3  terminais. Um dos terminais recebe a tensão elétrica e o outro envia o sinal amplificado. O terminal do meio é o responsável pelo controlo desse processo, pois a corrente elétrica entra e sai pelos outros dois terminais somente quando é aplicada tensão elétrica ao terminal do meio.

Desta forma quando é aplicada uma tensão ao terminal do meio de um transistor, este permite que a corrente elétrica circule pelos outros dois terminais. A quantidade de tensão aplicada ao terminal do meio (ou terminal de controlo) determinará qual será a intensidade da corrente que sairá pelo terminal de saída.

Se nenhuma tensão for aplicada ao terminal de controlo , não há circulação de corrente elétrica, o que confere ao transistor duas propriedades: amplificação de sinal elétrico e controle do fluxo da corrente, como se fosse um botão “on/off”.

Os complexos circuitos lógicos, presentes em praticamente todos os equipamentos eletrónicos da atualidade consistem em transistores que são agrupados nos circuitos integrados.

Quando os inventores perceberam que poderiam utilizar os transistores em cascata, ou seja, uns a conrolar os outros,deu-se início aos primórdios da computação moderna. Começou então a revolução que, na década de 1960, fez com que os computadores começassem a ter o seu tamanho reduzido, possibilitando que diversos cientistas tivessem ideias de como isso poderia ser usado para levar os computadores às casas das pessoas.

Os maiores beneficiados com a invenção dos transistores foram os processadores, que hoje contam com bilhões de transistores ligados entre si, formando circuitos capazes de fazer cálculos simples ou extremamente complexos.

O transistor é a base da computação moderna, uma vez que é o responsável pelo controlo do fluxo de eletricidade e, por consequência, do fluxo de dados que transita pelos circuitos dos diversos tipos de equipamentos eletrónicos, em especial os processadores.


4. Evolução das arquitecturas de microprocessadores

Pré-História (até 1946)
Ábaco (cerca de 3000 A.C.)
Constitui o primeiro dispositivo manual de cálculos e também a primeira máquina de calcular da humanidade, que servia para representar números no sistema decimal e realizar operações com eles.
Foi inventado pelos chineses conhecendo-se também versões Japonesas, Russae Azetecas.
O ano da sua criação é ainda hoje indefinido.
Tábua de Napier (1620)
No final do século XVI, o matemático John Napier criou um dispositivo baseado em bastões com números ,com o objectivo de facilitar a multiplicação e a divisão.
Idealizou também uma calculadora com cartões que permitia efectuar multiplicações e que recebeu o nome de Tábua de Napier.
Calculadora Mecânica de Pascal (1642)
Aos 18 anos, Blaise Pascal desenvolveu uma máquina de calcular para auxiliar o seu trabalho de contabilidade.
A máquina utilizava o sistema decimal para os seus cálculos.
Pascalina, como ficou conhecida, foi a primeira calculadora mecânica do mundo.
Máquina de Calcular de Leibniz (1671)
A máquina de Leibniz foi concebida em 1673, porGottfried Wilhelm Leibniz mas construída apenas em 1694, tendo sido a primeira máquina feita com o propósito de multiplicar.
Uma dessas máquinas pode ainda ser vista noMuseu Kastner em Hannôver, a cidade ondeLeibniz passou os seus últimos anos.
Contrariamente à máquina de Pascal, a de Leibniznunca foi comercializada embora tenha sido produzida uma segunda versão em 1704.
Máquina de Babbage (1791 - 1871)
Charles Babbage  foi um inventor e matemático Britânico.
Em 1821, frustrado com os muitos erros encontrados nos cálculos manuais, começou a pensar em formas de efectuar cálculos com recurso a dispositivos mecânicos.
Esta situação levou-o a desenhar um conjunto de “motores” de calculo aritmético e “computacional”.
Em 1833 constrói a máquina analítica , antepassado dos computadores.
Era programada por cartões perfurados, tinha "memória" e um processador (designado moinho).
Cartões perfurados (1890)
Os cartões perfurados são utilizados no censo dos E.U.A., tendo sido codificados um ano antes peloestatístico Herman Hollerith que consegue reduzir dos tradicionais 8 anos para menos de 3.
O processamento do censo norte americano.
1ª GERAÇÃO - Válvulas Electrónicas 1946 - 1957

Os computadores foram desenvolvidos nas universidades dos EUA e Inglaterra. 
Preparados para aplicações científico-militares, esses equipamentos são baseados em tecnologias de válvulas electrónicas, não tendo, portanto, confiabilidade. O tempo de operação interna era milésimo de segundos (milissegundos). Entende-se por tempo de operação interna o tempo gasto em operações aritméticas e lógicas. As válvulas electrónicas foram inicialmente desenvolvidas para a industria radiofónica Possibilitou cálculos,milhares de vezes mais rápidos do que com os anteriores relés electromecânicos. Este projecto dos EUA para calcular a trajectória de projéteis.

ENIAC (1946)
O primeiro computador digital electrónico
Dezoito metros de comprimento por dois metros e meio de largura (aproximadamente um terço da área de um campo de futebol);Dezoito mil válvulas; Trinta toneladas; capacidade para reter em memoria setenta e quatro números de vinte e três algarismos; 5000 adições ou 300 multiplicações por segundo.
  • Criado por John Mauchly e John Presper Eckert.
  • 1000 vezes mais rápido do que o MARK-I.
Modelo de John Von Neumann (1945)
Formalizou o projecto lógico de um computador.
Sugeriu que as instruções fossem armazenadas na memoria do computador, (anteriormente eram lidas de cartões perfurados e executados uma a uma).
A maioria dos computadores de hoje ainda seguem o modelo proposto por Von Neumann.
Primeiro computador a funcionar com um programa armazenado, de acordo com o modelo de Von Newman.
Manchester Mark I (1948)
Von Newman propôs que a memória do computador deveria desenvolver-se de forma a armazenar um programa, constituído por um conjunto de instruções codificadas.
UNIVAC I (1951)
Primeiro computador de uso geral a ser comercializado.
Desenvolvido por Eckert e Mauchy; 5000 válvulas; adição em 0,5 ms; multiplicação em 2 ms; entrada e saída de dados em banda magnética.
IBM 650 (1954)
As dimensões do CPU eram 1,5 m * 0,9 m *1,8 m.
As dimensões da unidade de alimentação eram idênticas, mas a sua massa era de 1.348 Kg.
O sistema necessitava de uma potência eléctrica instalada de 22 KVA (Quilovoltampere).
Banda Magnética (1955)
Nos anos 50 foi necessário descobrir novos tipos de armazenamento para podermos guardar maior numero de dado
2ª GERAÇÃO - Transístores 1957 - 1964

Nos equipamentos de segunda geração, a válvula foi substituída pelo transístor dispositivo electrónico desenvolvido em 1947 na BELL LABORATORIES por BARDEEN, BRETTAIN e SHOCKLE. Oseu tamanho era 100 vezes menor que o da válvula, não precisava de tempo para aquecimento, consumia menos energia, era mais rápido e mais confiável. Os computadores desta época calculavam em microssegundos.

Transístor – Dispositivo electrónico que serve para rectificar e ampliar os impulsos eléctricos. Com apenas 1/200 do tamanho de uma das primeiras válvulas e consumindo menos de 1/100 da energia ,o transístor passou a ser generalizado em todos os computadores por volta dos Anos 60. A função básica do transístor num computador é o de um interruptor electrónico para executar operações lógicas.

TRADIC, da Bell Laboratories (1954 )
O primeiro modelo de computador 100% transistorizado foi o TRADIC(TRAnsistorDIgitalComputerou TRansistorized Airborne DIgitalComputer) , da Bell Laboratories.Outro modelo dessa época era o IBM 1401, com uma capacidade de memória base de 4.096 bytes.
PDP-1 (Programmed Data Processor-1) (1959) 
Foi o primeiro computador da serie da Corporação de Equipamento Digital. Foi o primeiro a ser produzido em 1959.
É famoso devido ao facto de ter sido a criação mais importante na cultura de "Hacking" no MIT e de Bolt, Beranek e Newman.
PDP-1 também foi o Hardware original usado para jogar o primeiro vídeo-jogo na história dos mini-computadores  Steve Russell's Spacewar!.
3ª GERAÇÃO - Circuitos Integrados 1964 - 1980 (minicomputadores)

A terceira geração começa em 1965 com a substituição dos transístores pela tecnologia dos circuitos integrados (CI). 
Os transístores e outros componentes electrónicos são miniaturizados e montados num único chip.
A finalização desta geração é datada no início dos anos 7.

Principais Características:

  • Criação de microcomputadores;
  • Utilização em tempo partilhado (futura memoria cache);
  • Introdução do conceito de compatibilidade;
  • Programação em Assembly;
  • Desenvolvimento dos primeiros Software (programas);
  • Evolução dos diversos componentes(redução em tamanho).
Altair 8800 (1975)
Primeiro computador pessoal portátil, produzido industrialmente para venda em massa.
Apple II (1976)
Lançado em 1976, por Steve Jobs e Steve Wozniak (fundadores da Apple Corp.)
Foi o primeiro microcomputador pessoal a ter sucesso comercial
4ª GERAÇÃO - Microprocessador 1980 - Atualidade (computadores pessoais)

A quarta geração de computadores caracteriza-se pelo uso do microprocessador.
O microprocessador é a CPU (Central Processing Unit) dos computadores,ou seja
Unidade Central de Processamento.
No início da década de 70, os CPUs possuíam a capacidade de processar por volta de 100.000 informações por segundo e foram utilizados nos primeiros micros de 8 bits.
CPU – Processador central de informações. É nesta pastilha de silício que são processadas todas as informações computacionais.
INTEL – Um dos maiores fabricantes de processadores do mundo.

Principais características:

  • Introdução dos microprocessadores;
  • Desenvolvimento dos computadores pessoais(PC);
  • Evolução dos diversos componentes (hardware e software);
  • Escala de Integração - VLSI: Very Large Scale Integration;
  • Computadores pessoais e estações de trabalho;
  • Sistemas operacionais MS-DOS, Windows e UNIX;
  • Sistemas operacionais de rede;
  • Evolução dos dispositivos diversos componentes (hardware e software);
  • Micro- programação.
IBM PC (Personal Computer) (1981)
Lançado em 1981 pela IBM Corp
Primeiro microcomputador pessoal da IBM;
O primeiro PC tinha clock de 4.77MHz, microprocessador Intel 8088 e usava o sistema opertivo MS-DOS da Microsoft
Tornando-se o computador mais vendido de toda história.
Macintosh (1984)
Lançado em 1984;
Primeiro computador a apresentar interface gráfico com o utilizador;
Sucesso em vendas.
Intel 4004 (1971)
Intel 4004 foi o primeiro processador lançado num único chip de silício. 
Trabalhava com 4bits, sendo desenvolvido para o uso em calculadoras, operando com o clock máximo de 0.78 Mhz
Esta CPU calculava até 92.000 instruções por segundo(ou seja, cada instrução gastava 11 microssegundos).
Arquitetura x86 (década de 70)
A arquitectura x86, lançada em meados da década de 70, ainda serve como base para uma boa parte dos computadores actuais.
O primeiro processador que aproveitou todo o seu potencial foi o Intel 8086, de 1978
Pela  primeira vez, a velocidade do clock alcançou 5 MHz, utilizando instruções reais de 16bits, o dobro que suas versões concorrentes. 
Os famosos 386 e 486 (década de 80)
As CPUs 80386 e 80486, trabalhavam com 40MHz e100MHz, respectivamente. 
80386 permitiu que vários programas utilizassem o processador de forma cooperativa, através do escalonamento de tarefas. 
Já o 80486 foi o primeiro a usar o mecanismo de pipeline, permitindo que mais de uma instrução seja executada ao mesmo tempo no PC.
5ª GERAÇÃO - Inteligência Artificial

Desde o início da Era dos computadores, os especialistas em informática trataram de desenvolver técnicas que permitem aos computadores actuar, como faz o ser humano.
  Uma das bases de apoio desta nova forma de desenhar um programa é a inteligência artificial.

Tradicionalmente, a inteligência artificial é dividida em 3 grandes aplicações:
- Os processos de linguagem natural, que facilita a comunicação do computador com o utilizador;
- A robótica e tudo associado à visão e manipulação de objectos;
- Os sistemas especialistas, baseados no armazenamento do conhecimento adquirido.

Principais Características:

  • O nascimento da Inteligência Artificial;
  • Reconhecimento de voz;
  • Sistemas inteligentes;
  • Redes neuronais;
  • Robótica;
  • Redes de Alta Velocidade;
  • Escala de Integração – ULSI: Ultra Large Scale Integration
  • Computação Distribuída;
  • Computação nas Nuvens (Cloud);
  • Computação em Grade ou em Rede;
  • Computação Móvel;
  • Computação Ubíqua (presença directa das tecnologias na vida das pessoas, em casa ou em convívio social);
  • Realidade Aumentada.
Processador Multi-núcleo (Multi-Core Processor)

  • São os processadores mais recentes e surgiram como alternativa para melhorar o desempenho e, ao mesmo tempo, reduzir o consumo de energia eléctrica. 
  • A ideia é melhorar o desempenho aproveitando a possibilidade de se executar processos de forma verdadeiramente paralela.
  • Processador multi-núcleo é aquele formado por mais de um núcleo(core) de processamento.
  • O multi-núcleo formado por dois núcleos é chamado Dual-Core.
  • O multi-núcleo  formado por quatro núcleos é chamado Quad-Core.

Exemplos de processadores multi-núcleo:

  • Pentium D, Pentium Extreme Edition, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX (FX60 e superiores),
  • Pentium Dual Core, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Extreme, Core i7,
  • Dual-Core Intel Xeon processor series 5100,
  • Quad-Core Intel Xeon processor series 5300

Evolução dos microprocessadores


Evolução dos microprocessadores (anos 90)


Evolução dos microprocessadores (anos 2000)

 

EXERCÍCIO 2

 

Construa um documento multimédia que relate a evolução dos microprocessadores e que destaque as arquiteturas com modificações mais significativas.


5. Barramentos

Os barramentos são responsáveis pela interligação e comunicação dos dispositivos de um computador.

Existem 3 tipos de barramentos:

barramento de endereços (address bus); 
barramento de dados (data bus);
barramento de controle(control bus).

barramento de endereços indica de onde são retirados dados a ser processados ou para onde devem ser enviados. A comunicação por este meio é unidirecional, razão pela qual só há seta numa das extremidades da linha no gráfico que representa a sua comunicação.

barramento de dados transporta todas as as informações que transitam. 

barramento de controle faz a sincronização das atividades, habilitando ou desabilitando o fluxo de dados.


6. Clock interno

Num computador, todas as atividades necessitam de sincronização. O clock interno (ou apenas clock) atua como um sinal de sincronismo. Quando os dispositivos do computador recebem o sinal para executar as atividades, dá-se a esse acontecimento o nome de "pulso de clock". Em cada pulso, os dispositivos executam tarefas, param e vão para o próximo ciclo de clock.

A medição do clock é feita em hertz (Hz), a unidade padrão de medidas de frequência, que indica o número de oscilações ou ciclos que ocorre dentro de uma determinada medida de tempo, no caso, segundos. Assim, se um processador trabalha à 800 Hz, por exemplo, significa que ele é capaz de lidar com 800 operações de ciclos de clock por segundo.

Para fins práticos, a palavra kilohertz (KHz) é utilizada para indicar 1000 Hz, assim como o termo megahertz (MHz) é usado para referenciar 1000 KHz (ou 1 milhão de hertz). De igual forma, gigahertz (GHz) é a denominação usada quando se tem 1000 MHz e assim por diante. Com isso, se um processador conta com, por exemplo, uma frequência de 800 MHz, significa que pode trabalhar com 800 milhões de ciclos por segundo.


7. FSB (Front Side Bus)

As frequências com as quais os processadores trabalham são conhecidas como clock interno. Mas, os processadores também contam com o que chamamos de clock externo ou Front Side Bus (FSB) ou, ainda, barramento frontal.

FSB existe porque, devido a limitações físicas, os processadores não podem comunicar com o chipset e com a memória RAM - mais precisamente, com o controlador da memória, que pode estar na ponte norte (northbridge) do chipset - utilizando a mesma velocidade do clock interno. Assim, quando esta comunicação é feita, o clock externo, de frequência mais baixa, é que entra em ação.

Note que, para obter o clock interno, o processador faz uso de um procedimento de multiplicação do clock externo. Para entender melhor, suponha que um determinado processador tenha clock externo de 100 MHz. Como o seu fabricante indica que este chip trabalha à 1,6 GHz (ou seja, tem clock interno de 1,6 GHz), o seu clock externo é obtido multiplicado por 16: 100 x 16 = 1600 MHz ou 1,6 GHz.

No entanto quando dois processadores diferentes - um da Intel e outro da AMD, por exemplo - tiverem clock interno de mesmo valor - 3,2 GHz, para exemplificar -, não significa que ambos trabalham com a mesma velocidade. Cada processador tem um projeto distinto e conta com características que determinam o quão rápido podem ser. Assim, um determinado processador pode levar, por exemplo, 2 ciclos de clock para executar uma instrução. Noutro processador, esta mesma instrução pode requerer 3 ciclos.

Muitos processadores - especialmente os mais recentes - transferem 2 ou mais dados por ciclo de clock, dando a entender que um chip que realiza, por exemplo, transferência de 2 dados por ciclo e que trabalha com clock externo de 133 MHz, o faz à 266 MHz. Por este e outros motivos, é um erro considerar apenas o clock interno como parâmetro de comparação entre processadores diferentes.


8. QuickPath Interconnect (QPI) e HyperTransport

Dependendo do processador, outra tecnologia pode ser utilizada em substituição do FSB. Um exemplo é o QuickPath Interconnect (QPI), utilizado nos chips mais recentes da Intel, e o HyperTransport, aplicado nas CPUs da AMD.

Estas mudanças de tecnologias são necessárias porque, com o passar do tempo, a busca por melhor desempenho faz com que os processadores sofram alterações consideráveis em sua arquitetura.

Uma dessas mudanças diz respeito ao já mencionado controlador de memória, circuito responsável por "intermediar" o uso da memória RAM pelo processador. Nas CPUs mais atuais da Intel e da AMD, o controlador está integrado ao próprio chip e não no chipset localizado na placa-mãe.

Com esta integração, os processadores passam a ter um barramento direto à memória. O QPI e o HyperTransport ficam desta forma livres para fazer a comunicação com os recursos que ainda são intermediados pelo chipset, como dispositivos de entrada e saída.

O interessante é que tanto o QuickPath quanto o HyperTransport trabalham com duas vias de comunicação, de forma que o processador possa transmitir e receber dados ao mesmo tempo, já que cada atividade é direcionada a uma via, beneficiando o aspecto do desempenho. No FSB isso não acontece, porque há apenas uma única via para a comunicação.

Estas tecnologias sofrem atualizações quando novas famílias de processadores são lançadas, fazendo com que a frequência (clock) e a largura de banda (quantidade de bits que podem ser transmitidas de uma vez), por exemplo, tenham limites maiores em cada nova versão.


9. Bits dos processadores

O número de bits tem grande influência no desempenho do processador.
Processadores mais antigos, como o 286, trabalhavam com 16 bits. Durante muito tempo, no entanto, processadores que trabalham com 32 bits foram muitos comuns, como as linhas Pentium, Pentium II, Pentium III e Pentium 4 da Intel ou Athlon XP e Duron da AMD. Alguns modelos de 32 bits ainda são encontrados no mercado, todavia, o padrão atual são os processadores de 64 bits, como os da linha Core i7, da Intel, ou Phenom, da AMD.

Em resumo, quanto mais bits internos o processador possuir, mais rapidamente poderá fazer cálculos e processar dados em geral, dependendo da execução a ser feita. Isso acontece porque os bits dos processadores representam a quantidade de dados que os circuitos desses dispositivos conseguem trabalhar de um só vez.

Um processador com 16 bits, por exemplo, pode manipular um número de valor até 65.535. Se este processador tiver que realizar uma operação com um número de valor 100.000, terá que fazer a operação em duas partes. No entanto, se um chip trabalha a 32 bits,pode manipular números de valor até 4.294.967.295 numa única operação. Como este valor é superior a 100.000, a operação pode ser realizada numa única vez.

Os processadores passam por aperfeiçoamentos constantes, o que torna cada vez mais rápidos e eficientes. No entanto, o mesmo não se pode dizer das tecnologias de memória RAM. Embora estas também passem por constantes melhorias, não conseguem acompanhar os processadores em termos de velocidade. Assim sendo, de nada adianta ter um processador rápido se este tem o seu desempenho comprometido pela da "lentidão" da memória.

Uma solução para este problema seria equipar os computadores com um tipo de memória mais sofisticado, como a SRAM (Static RAM). Esta diferencia-se das memórias convencionais DRAM (Dynamic RAM) por serem muito rápidas. Por outro lado, são muito mais caras e não contam com o mesmo nível de miniaturização, sendo, portanto, inviáveis. Apesar disso, a ideia não foi totalmente descartada, pois foi adaptada para o que conhecemos como memória cache.

A memória cache consiste numa pequena quantidade de memória SRAMembutida no processador. Quando este precisa de ler dados na memória RAM, um circuito especial chamado "controlador de cache" transfere blocos de dados muito utilizados da RAM para a memória cache. Assim, no próximo acesso do processador, este consultará a memória cache, que é bem mais rápida, permitindo o processamento de dados de maneira mais eficiente.

Se o dado estiver na memória cache, o processador retira-o da cache caso contrário irá buscá-lo na memória RAM. Desta forma a memória cache atua como um intermediário, isto é, faz com que o processador nem sempre necessite de ir à memória RAM para aceder aos dados que necessita. O trabalho da memória cache é tão importante que, sem ela, o desempenho de um processador pode ser seriamente comprometido.

Os processadores trabalham, basicamente, com dois tipos de cache: cache L1(Level 1 - Nível 1) e cache L2 (Level 2 - Nível 2). Este último é, geralmente mais simples, e costuma ser ligeiramente maior em termos de capacidade, mas também um pouco mais lento. O cache L2 passou a ser utilizado quando o cache L1 se mostrou insuficiente.

Antigamente, um tipo se distinguia do outro pelo fato de a memória cache L1 estar localizada junto ao núcleo do processador, enquanto que a cache L2 ficava localizada na placa-mãe. Atualmente, ambos os tipos ficam localizados dentro do chip do processador, sendo que, em muitos casos, a cache L1 é dividida em duas partes: "L1 para dados" e "L1 para instruções".

Mas o cache L3 não é, necessariamente, novidade: a AMD chegou a ter um processador em 1999 chamado K6-III que contava com cache L1 e L2 internamente, característica incomum à época, já que naquele tempo o cache L2 se localizava na placa-mãe, como já explicado. Com isso, esta última acabou assumindo o papel de cache L3.

Vale ressaltar que, dependendo da arquitetura do processador, é possível encontrar modelos que contam com um terceiro nível de cache (L3). O processador Intel Core i7 3770, por exemplo, possui caches L1 e L2 relativamente pequenos para cada núcleo (o aspecto dos múltiplos núcleos é explicado no próximo tópico): 64 KB e 256 KB, respectivamente. No entanto, o cache L3 é expressivamente maior - 8 MB - e, ao mesmo tempo, compartilhado por todos os seus quatros núcleos.


10. Processadores com dois ou mais núcleos

É possível encontrar no mercado placas-mãe que contam com dois ou mais slots (encaixes) para processadores. A maioria esmagadora destas placas são usadas em computadores especiais, como servidores e workstations, equipamentos direcionados a aplicações que exigem muito processamento. Para atividades domésticas e de escritório, no entanto, computadores com dois ou mais processadores são inviáveis devido aos elevados custos que estas arquiteturas determinam, razão pela qual é conveniente a estes segmentos o uso de processadores cada vez mais rápidos.

Recentemente o utilizador tinha a noção da rapidez do processadores de acordo com a taxa do clock interno. O problema é que, quando um determinado valor de clock é alcançado, torna-se mais difícil desenvolver outro chip com clock maior. Limitações físicas e tecnológicas são os principais motivos para isso. Uma delas é a questão da temperatura: teoricamente, quanto mais megahertz um processador tiver, mais calor o dispositivo gerará.

Uma das formas encontradas pelos fabricantes para lidar com esta limitação consiste em fabricar e disponibilizar processadores com dois núcleos (dual core), quatro núcleos (quad core) ou mais (multi core). Mas, o que isso significa?

CPUs deste tipo contam com dois ou mais núcleos distintos no mesmo circuito integrado, como se houvesse dois (ou mais) processadores dentro de um chip. Assim, o dispositivo pode lidar com dois processos de cada vez (ou mais), um para cada núcleo, melhorando o desempenho do computador como um todo.

Note que, num chip de um único núcleo (single core), o utilizador pode ter a impressão de que vários processos são executados simultaneamente, já que a máquina está quase sempre a executar mais do que uma aplicação ao mesmo tempo. Na verdade, o que acontece é que o processador dedica determinados intervalos de tempo a cada processo e isso acontece de forma tão rápida, que se tem a impressão de processamento simultâneo.

Processadores multi core oferecem várias vantagens: podem realizar duas ou mais tarefas ao mesmo tempo; um núcleo pode trabalhar com uma velocidade menor que o outro, reduzindo a emissão de calor; ambos podem partilhar memória cache; entre outros.

Hoje é possível encontrar processadores com dois ou mais núcleos inclusive em dispositivos móveis, como tablets e smartphones. Na verdade, a situação inverteu-se em relação aos anos anteriores: hoje, é mais comum encontrar no mercado chips multi core do que processadores single core.

É interessante reparar que os núcleos de um processador não precisam de ser utilizados todos ao mesmo tempo. Além disso, apesar de serem tecnicamente iguais, é possível fazer com que determinados núcleos funcionem de maneira alterada em relação aos outros.

Um exemplo disso é a tecnologia Turbo Boost, da Intel: se um processador quad core, por exemplo, tiver dois núcleos ociosos, os demais podem entrar automaticamente em modo "turbo" para que as suas frequências sejam aumentadas, acelerando a execução do processo em que trabalham.

A imagem abaixo exibe uma montagem que ilustra o interior de um processador Intel Core 2 Extreme Quad Core (núcleos destacado na cor amarela):


11. TDP (Termal Design Power)

Se observar um desktop ou um notebook aberto, por exemplo, pode ver que sobre o processador, há um dispositivo de metal chamado "dissipador" que muitas vezes é acompanhado de uma espécie ventilador (cooler).

Estes dispositivos são utilizados para amenizar o intenso calor gerado pela potência, isto é, pelo trabalho do processador - se este aspecto não for controlado, o computador pode apresentar instabilidade e até mesmo sofrer danos.

Acontece que cada modelo de processador possui níveis diferentes de potência, principalmente porque esta característica está diretamente ligada ao consumo de energia: pelo menos teoricamente, quanto mais eletricidade for utilizada, maior será o calor resultante.

É aí que o TDP (Thermal Design Power - algo como Energia Térmica de Projeto) entra em cena: trata-se de uma medida em Watts (W) criada para indicar estimativas de níveis máximos de energia que um processador pode requerer e, portanto, dissipar em forma de calor. Assim, o utilizador consegue saber quanto determinado CPU exige em relação à potência e assim os fabricantes podem produzir coolers, dissipadores e outros equipamentos de refrigeração adequados a este chip.

Quanto menor o TDP de um processador, melhor.


12. ACP (Average CPU Power)

Criada pela AMD, o ACP (Average CPU Power - algo como Potência Média da CPU) é uma medida bastante semelhante ao TDP, mas é calculada de maneira ligeiramente diferente, de forma a indicar níveis de potência mais próximos do consumo real, em vez de estimativas máximas.

Os valores de ACP também são indicados em Watts. Assim como no TDP, quanto menor o ACP, melhor.


13. APU (Accelerated Processing Units)

Entre as inovações mais recentes no segmento de processadores está a APU(Accelerated Processing Unit - Unidade de Processamento Acelerado), nome criado para identificar chips que unem as funções de CPU e GPU. Sim, é como se houvesse dois produtos n um só: processador e chip gráfico da placa de vídeo.

Há várias vantagens no uso de uma APU: menor consumo de energia, maior facilidade para incluir CPU e GPU em dispositivos portáteis, possibilidade de uso da APU em conjunto com uma placa de vídeo para aumentar o poder gráfico do computador, entre outros.

Como a APU não tem memória dedicada, tal como as placas de vídeo, é necessário fazer uso da memória RAM do computador. Em princípio, esta característica compromete o desempenho, mas o facto de o controlador de memória também estar integrado à CPU, tal como já mencionado, tende a compensar esta peculiaridade. Assim, é possível inclusive o uso de uma GPU mais avançada na APU, apesar de os primeiro modelos serem bastante "básicos" em relação a este aspecto.

É válido frisar que o nome APU é amplamente utilizado pela AMD, mas a Intel, apesar de evitar esta denominação, também possui chips do tipo, como mostra a seguinte imagem :


Visão interna (die) de um processador da família Ivy Bridge. Observe a posição da GPU e dos demais elementos do chip


14. Processadores Intel Core i3, i5 e i7

A Intel lançou 3 modelos de processadores direcionados a utiliadores com diferentes necessidades.

O i3 tem 2 núcleos de processamento, tecnologia Intel Hyper-Threading (que possibilita a realização de mais tarefas), memória cache de 4 MB compartilhada (nível L3), suporte para memória RAM DDR3 de até 1333 MHz.

O Core i3 está equipado com um controlador de memória DDR interno (o que já ocorre há muito tempo nos processadores da AMD), um controlador de vídeo integrado nomeadamente o Intel HD Graphics que opera na frequência de 733 MHz e o suporte para utilização de duplo canal para memória RAM (o que significa que as memórias trabalham aos pares).

Atualmente predominam os processadores de múltiplos núcleos contudo, a utilização da Intel Hyper-Threading adiciona 2 núcleos aos processadores i3.
Quem já possui um Intel Core i3 deve ter reparado que o Windows detecta quatro núcleos.

Se colocar um Core i3 ao lado de um Intel QuadCore, não há dúvidas de que o QuadCore terá um desempenho muito maior (em qualquer atividade). Claro que isso não significa que a nova tecnologia não serve para nada, muito pelo contrário. A Intel Hyper-Threading é ideal para momentos em que é necssário efetuar várias atividades em simultaneamente. Essa tecnologia serve para que um núcleo consiga realizar duas atividades ao mesmo tempo, daí o motivo pelo qual a tecnologia, supostamente, faz os núcleos dobrarem em quantidade.

Os modelos da linha Intel Core i3 utilizam um novo soquete (encaixe na placa mãe), fator que resultou na criação de placas exclusivas. Conhecido como socket LGA 1156, esse novo tipo de soquete será utilizado para os processadores Intel Core i3, i5 e pelos i7.

A linha Intel Core i3 oferece 2 opções:

Modelo Frequência Núcleos Memória cache Tecnologia HT Tipo de memória Vídeo Soquete

i3-530

2,93 GHz 2 4 MB (nível L3) Sim (emula 4 núcleos) DDR3 (até 1333 MHz) Sim LGA 1156
i3-540 3,06 GHz 2 4 MB (nível L3) Sim (emula 4 núcleos) DDR3 (até 1333 MHz) Sim LGA 1156

 

O i3 responde aos utilizadores menos exigentes,e compete ao oIntel Core i5 é superar as necessidades dos utilizadores mais exigentes e que realizam tarefas mais pesadas. Disponível em modelos de dois ou quatro núcleos, os CPUs da linha i5 possuem até 8 MB de memória cache (nível L3) compartilhada e também utilizam o soquete LGA1156, controlador de memória DDR integrado, tecnologia Intel Hyper-Threading e a tecnologia Turbo Boost.

A tecnologia Turbo Boost da Intel promete aumenta a automaticamente velocidade do processador . Segundo o site da Intel, esta tecnologia é inteligente e trabalha 100% do tempo verificando a frequência, a voltagem e a temperatura do processador. Ao notar uma baixa num dos valores-padrão utilizados pelo CPU, este novo recurso aumenta a frequência e consegue obterum desempenho muito maior com qualquer aplicação.

Imagine que a temperatura do processador está abaixo do esperado e você deseja aumentar a velocidade. Com a utilização da tecnologia Turbo Boost não tem que se preocupar, porque o seu Intel Core i5 vai alterar a frequência ou a voltagem do CPU sem a permissão do utilizador e logo você verá um aumento significativo em desempenho. Falando especificamente dos modelos i5, há a possibilidade de um aumento de até 800 MHz na velocidade.

A série Core i5 apresenta com 6 modelos diferentes:

Modelo Frequência Núcleos Tecnologia Memória cache Tecnologia HT Vídeo Tipo de memória Turbo Boost Soquete
i5-650 3,2 GHz 2 32 nm 4 MB (nível L3) Sim (emula 4 núcleos) Sim DDR3 (até 1333 MHz) Sim (Até 3,46 GHz) LGA 1156
i5-660 3,33 GHz 2 32 nm 4 MB (nível L3) Sim (emula 4 núcleos) Sim DDR3 (até 1333 MHz) Sim (Até 3,6 GHz) LGA 1156
i5-661 3,33 GHz 2 32 nm 4 MB (nível L3) Sim (emula 4 núcleos) Sim DDR3 (até 1333 MHz) Sim (Até 3,6 GHz) LGA 1156
i5-670 3,56 GHz 2 32 nm 4 MB (nível L3) Sim (emula 4 núcleos) Sim DDR3 (até 1333 MHz) Sim (até 3,73 GHz) LGA 1156
i5-750 2,66 GHz 4 45 nm 8 MB (nível L3) Não Não DDR3 (até 1333 MHz) Sim (Até 3,2 GHz) LGA 1156
i5-750s 2,40 GHz 4 45 nm 8 MB (nível L3) Não Não DDR3 (até 1333 MHz) Sim (Até 3,2 GHz) LGA 1156

O investimento no i5 é considerável.

Investir tanto num processador e numa placa-mãe pode ser um desperdício de dinheiro. Os utilizadores que vão jogar games da última geração e aplicativos de edição de vídeo talvez nem precisem de um i5. Considerando-se que tais tarefas requisitam muito mais desempenho da placa de vídeo do que poder de processamento do CPU, o gasto pode ser desnecessário.

.A última palavra em tecnologia de processamento é o i7. Trata-se de uma linha de processadores dirigida ao público entusiasta e profissional e acarreta muitos benefícios e especificações. Todos os CPUs da série Core i7 possuem quatro núcleos (o i7-980X possui seis núcleos), memória cache L3 de 8 MB, controlador de memória integrado, tecnologia Intel Turbo Boost, tecnologia Intel Hyper-Threading, tecnologia Intel HD Boost e ainda o recurso Intel QPI.

Com o avanço constante dos processadores, os softwares foram forçados a evoluir. Existem softwares que trabalham com conjuntos de instruções específicas, as quais precisam estar presentes nos processadores para que o programa seja executado com a máxima performance. Os conjuntos de instruções principais são denominados como SSE, sendo que existem programas que utilizam instruções diferentes.

A linha de processadores Intel Core i7 trabalha com a tecnologia Intel HD Boost, a qual é responsável pela compatibilidade entre CPU e os programas que usam os conjuntos de instruções SSE4. Tal característica possibilita um maior desempenho em aplicativos mais robustos que necessitam de um poder de processamento de alto nível.

O recurso Intel QPI, ou QuickPath Interconnect (Interconexão de caminho rápido), serve para aumentar o desempenho do processador contudo, esta trabalha de uma maneira bem diferente .

Ao invés de aumentar a frequência ou a tensão, o recurso Intel QPI aumenta a largura de banda (o que permite a transmissão de mais dados) e diminui as latências. Vale salientar que este recurso só está presente nos CPUs Intel Core i7 da série 900 e possibilita taxas de transferência de até 25.6 GB/s.

Existem vários modelos i7:


Modelo Frequência Núcleos Memória cache Tecnologia HT Tipo de memória Turbo Boost Soquete
i7-860 2,8 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1333 MHz) Até 3,46 GHz LGA 1156
i7-860s 2,53 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1333 MHz) Até 3,46 GHz LGA 1156
i7-870 2,93 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1333 MHz) Até 3,6 GHz LGA 1156
i7-920 2,66 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1066 MHz) Até 2,93 GHz LGA 1366
i7-940 2,93 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1066 MHz) Até 3,2 GHz LGA 1366
i7-950 3,06 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1066 MHz) Até 3,32 GHz LGA 1366
i7-960 3,2 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1066 MHz) Até 3,46 GHz LGA 1366
i7-965 3,2 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1066 MHz) Até 3,46 GHz LGA 1366
i7-975 3,33 GHz 4 8 MB (nível L3) Sim (emula 8 núcleos) DDR3 (até 1066 MHz) Até 3,6 GHz LGA 1366
i7-980X 3,33 GHz 6 12 MB (nível L3) Sim (emula 12 núcleos) DDR3 (até 1066 MHz) Até 3,6 GHz LGA 1366

Adquirir um i7 só não é um exagero para quem realmente trabalha com programas que requisitam muito do processador.

A linha de processadores Intel Core i7 é, sem dúvida, a mais potente do momento, contudo um utilizador que adquire tal processador está comprando um PC que não precisará de atualização por muito tempo. Os profissionais devem investir na compra de um i7, porque faz toda a diferença na hora de renderizar vídeos e economizar tempo com tarefas banais.