sexta-feira, 10 de dezembro de 2010

O microprocessador e as primeiras criações

Microprocessador ou Central Processing Unit, é conhecido como sendo o "cérebro" do computador e tem como função executar todos os cálculos e processamentos que são necessários com a excepção de casos especiais de cálculo matemático intensivo, cálculos esses que são executados com o apoio de um circuito especial, o coprocessador matemático. 

O microprocessador é um dispositivo de computação completo, fabricado num só chip. 
O primeiro microprocessador a ser fabricado foi o Intel 4004 e foi apresentado em 1971.
  O 4004 não era muito potente, pois executava simplesmente adições e subtracções, e somente a 4 bits de cada vez. 


O primeiro microprocessador que foi utilizado num computador pessoal foi o Intel 8080, um processador completo de 8 bits, apresentado também em 1971.


Paralelamente à Intel, também outras marcas desenvolveram os seus processadores, como, por exemplo, a Motorola, que em 1974 apresentou o 6800, um processador de 8 bits e com 4.000 transístores. O chip era fabricado segundo a tecnologia NMOS de 6 mícrons e necessitava de uma alimentação de somente 5 volts.

  
Ainda em 1974 apareceu o RCA 1802, capaz de trabalhar a uma velocidade impressionante de 6,4 MHz, tendo um desenho de 8 bits com um endereçamento de 16 bits. Era fabricado com tecnologia CMOS e continha registos de 16 bits que podiam ser acedidos com registos de 8 bits.

Em 1975, Faggin e Shima desenvolveram o Zilog Z80. Este processador era considerado um grande avanço sobre o 8080, trabalhava a 2,5 MHz e continha 8.500 transístores. O Z80 incorporava o primeiro sistema operativo standard para microprocessadores. Este processador foi o primeiro a ser utilizado em muitos sistemas pioneiros, como o Osborne, o Kaypro, o Spectrum, entre outros.



Voltando novamente à Intel, em 1978 foi apresentado o Intel 8086. Foi com ele que apareceu o conjunto de instruções x86, que ainda hoje subjuga o desenvolvimento dos processadores, devido à necessidade de manter uma compatibilização dos processadores actuais com software menos actual. Um dos grandes benefícios do 8086 era manter uma certa compatibilidade na linguagem Assembler com o seu antecessor 8080.


Em 1979, novamente a Intel apresentou o 8088, tendo assim como base o 8086. Era também um processador de 16 bits, mas tinha um barramento de dados de somente 8 bits, e manteve os 20 bits no barramento de endereços, tal como o 8086. Este processador trabalhava a ,477 MHz.






Ainda em 1979, a Motorola apresentou o 68000, um processador de 16 bits, que incluía um set de instruções de 32 bits. o 68000 tinha, no entanto, um barramento de endereços de 24 bits e um barramento de dados de 16 bits. Foi a plataforma usada em alguns dos primeiros sistemas de UNIX e foi usado pela Apple primeiro na Lisa e posteriormente no Macintosh. 


O avanço seguinte mais significativo nos microprocessadores veio em 1982 com o aparecimento do Intel 80286, a 16 bits. O i286, como ficou conhecido, permitia 1GB de memória virtual endereçável e tinha 130.00 transístores. Trabalhava a velocidades entre os 8 MHz e os 12 MHz, e aumentava em seis vezes a potência do 8086. Endereçava até 16 MB de memoria física, continha um barramento de endereços de 24 bits e um de dados de 16 bits.




Em 1985, a Intel lançou outro dos seus trunfos, o 80386, ou i836 como ficou conhecido. Este chip permitiu  a transição para a era moderna do computador pessoal.  O processador trabalha a velocidades entre os 16 MHz e os 25 MHz no 386SX e 20 MHz a 40 MHz no 386DX. Tem 4 GB de espaço de endereçamento e foi o primeiro da família Intel a suportar endereçamento linear.




Em 1993, a Intel lança o Pentium, o primeiro chip a incorporar uma arquitectura superescalar, na qual o seu desenho de pipeline duplo permitia a execução de duas instruções simultâneas. 
A sucessão do Pentium continua então com o desenvolvimento de muitos outros modelos que criaram a então evolução.

Especificações e Características dos Processadores

Barramentos

Uma das características principais de um processador ou CPU são os seus barramentos. Os barramento funcionam como "auto-estradas" por onde circula a informação, seja no interior do CPU ou do interior para o exterior, e vice-versa. 
  • Os barramentos internos transportam a informação entre os vários componentes internos do processador, isto é, coprocessador aritmético, cache L1, registos,etc.
  • Quanto aos barramentos externos são três: barramento de dados, barramento de endereços e barramento de controlo, cada qual com a sua função especifica. 


Barramento de endereços

O barramento de endereços permite identificar qual o componente e a localização exacta dentro do mesmo, para que o processador possa comunicar com ele e enviar os respectivos dados. No entanto, o dispositivo de destino tem de saber que algo lhe é dirigido e para isso usa um descodificador próprio, o "adress decoder", que lhe permite identificar o endereço e saber qual a localização no seu interior.

Cada fio do barramento de endereços transporta um único bit de informação que corresponde a um só digito de endereço. Quantos mais fios ou digitos o processador tiver para calcular estes endereços, maior será o numero total de localizações endereçáveis. O tamanho, o comprimento do barramento de endereços, indica a quantidade máxima de memória que o processador poderá endereçar.


Barramento de dados

O barramento mais frequentemente discutido é o de dados. Neste barramento, circulam os dados que são recebidos ou enviados, de e para periféricos e memória. Quantos mais sinais puderem ser enviados simultaneamente, maior quantidade de dados pode ser transmitida durante um determinado intervalo de tempo. Assim, e em consequência disso, teremos um barramento mais rápido.


Nos computadores, os dados circulam como informação digital, a qual consiste no intervalo de tempo que um fio condutor leva para transportar um só bit, seja ele de valor "1" ou "0". Isso quer dizer que, quantos mais fios tiverem, maior será o número de bits individuais que o microprocessador consegue transportar durante o mesmo intervalo de tempo. Assim sendo, um processador de 16 bits tem 16 fios a transmitir e a receber dados, pelo que terá um barramento de dados de 16 bits. Um microprocessador de 32 bits tem o dobro dos fios e assim consegue transmitir o dobro dos dados simultaneamente, durante o mesmo intervalo de tempo que o seu congénere de 16 bits.


Para percebermos isto melhor, vamos utilizar um exemplo que não será dia-a-dia, mas pelo menos é do fim-de-semana. Imaginemos um estádio de futebol em dia de jogo, onde temos 16 portas que nos permitem fazer entrar 16 adeptos simultaneamente. Se demorar 20 segundos para que cada conjunto entre no estádio, em 1 minuto conseguimos introduzir 48 adeptos. Mas se tivermos 32 portas em vez de 16, conseguimos no mesmo intervalo de tempo fazer entrar o dobro dos adeptos.

Caracteristicas dos processadores Pentium

Frequência externa- É a velocidade com que o processador comunica com os componentes externos, por outras palavras, a velocidade dos barramentos externos.

Frequência interna- Em oposição à anterior, trata-se da velocidade dos barramentos internos ou, como é mais conhecida, velocidade de processamento.

Registos internos- Indica o maior número que o processador pode manipular numa só operação.

Barramento de dados- Transporta os dados de e para o exterior do processador.

Pipelines- Indica quantos processos o processador consegue executar simultaneamente.

Memória- Capacidade máxima de memória endereçável pelo processador. Depende do tamanho do barramento de endereços.

FPU- Floating Point Unit ou coprocessador matemático, como é mais conhecido.

Cache L1- Cache nivel 1 ou cache interna.

MMX- Capacidade de executar operações multimédia.

Barramento de controlo

O barramento de controlo tem como função primordial a sincronização do processador com os restantes componentes. Como estes são sempre mais lentos do que o processador, provocam estados de espera que necessitam de ser controlados, de modo que a comunicação entre o processador  e os componentes externos seja feita eficazmente.