Artigo sobre Processadores
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1. Esse recurso hoje em dia embutido no processador e seu uso considerado indispens vel pois ele projetado para realizar os mais diversos tipos de c lculo S para dar uma no o da import ncia do co processador uma opera o matem tica que no processador necessita de v rias instru es para ser conclu da pode ser realizada em uma nica instru o pelo co processador Modos de Opera o Para que os processadores mantivessem a compatibilidade de opera o entre eles foram desenvolvidos 2 modos de opera o e Modo Real O processador se porta exatamente como um 8086 possuindo exatamente o mesmo conjunto de instru es e acessando apenas 1 MB de mem ria nenhum recurso extra conseguido e Modo Protegido Onde o processador pode atingir o m ximo de seu desempenho com um conj de instru es mais complexo e uso de recursos extras como e Mem ria virtual e Prote o de Mem ria e Miltitarefa Referencias http paginas terra com br informatica manutencaopcs processadores index htm http www htmlstaff org ver php id 10926 http www ic unicamp br gregorio arqs trabalhos Relatorio 02 doc http www das ufsc br gia computer node14 html http www di ufpb br raimundo Hierarquia Registradores html http www infowester com processadores1 php http www infowester com processadores2 php2. o dos processadores revelaram se limitadores de performance dos equipamentos levando se em conta apenas o aumento de fregii ncias Surge assim uma nova maneira de pensar em processamento com o processador de n cleo duplo que chega ao mercado em 2006 Os chips de n cleo duplo como a linha Core Duo da Intel e X2 da AMD contam com dois n cleos ativos de processamento ao inv s de um s como acontece em chips convencionais o que proporciona uma performance maior quando se utiliza v rios programas simultaneamente Isso acontece porque os n cleos dividem as fun es de controle e podem trabalhar com fregii ncias mais baixas otimizando principalmente o acesso mem ria do computador J os chips de quatro n cleos aumentam ainda mais a produtividade j que os processos de seu computador podem ser coordenados simultaneamente com a mesma performance O funcionamento dos processadores O processador um chip respons vel por buscar e executar instru es presentes na mem ria do computador Ele tamb m conhecido por CPU Central Processing Unit Unidade Central de Processamento As instru es processos que ele executa consistem em opera es matem ticas e l gicas al m de opera es de busca leitura e grava o de dados Um conjunto organizado de instru es forma um programa Todas essas opera es s o executadas na linguagem de m quina os processadores trabalham apenas com linguagem de m quina l gic
3. rios o que veio dar sustenta o e base para a constru o dos computadores bin rios quase um s culo depois Em 1890 os Estados Unidos est o com um problema o processamento dos dados do censo de 1880 feito m o demorou 7 anos Estimava se que o de 1890 demorasse 10 ou mais anos para ser processado Ent o lan ou se uma competi o para achar m todos melhores Esta foi vencida por Herman Hollerith que propunha a utiliza o de m quinas e cart es perfurados para guardar os dados Resultado o censo foi feito em 6 semanas Isso impulsionou Hollerith a fundar em 1896 a Tabulating Machine Company que futuramente se tornaria a famosa IBM Lee De Forest em 1906 inventa a v lvula Esta inven o aquela que possibilita a futura constru o de computadores digitas O ENIAC considerado um dos primeiros computadores possu a 18 000 delas Em 1911 a Tabulating Machine Company se funde a outras empresas incluindo a Computing Tabulating Recording Company Mais fus es acontecem e em 1924 a International Business Company IBM fundada por Hermann Hollerith Esta empresa ser a respons vel pelo lan amento do IBM PC um sucesso de vendas baseado em microprocessadores Intel Em 1928 outra companhia importante surge a Galvin Manufacturing Corporation Esta ser a futura Motorola hoje uma das grandes empresas em tecnologia de comunica o sem fio e que produz processadores tamb m George Stibitz no Bell Tele
4. At ent o os processadores usavam apenas o barramento externo para os dois tipos de acesso Com o HyperTransport a AMD passou a indicar a velocidade de trabalho deste ao inv s do clock externo Um detalhe de extrema import ncia que esses ciclos de clock diferem de fabricante para fabricante Por isso um Pentium 4 de 2 4 GHz 2400 MHz n o igual ao Athlon XP de 2 4 GHz Este ltimo na verdade trabalha a 2 0 GHz mas sua velocidade semelhante ao de um Pentium 4 de 2 4 GHz Por isso a AMD informa a velocidade que semelhante ao do processador do fabricante concorrente M moria cache Os processadores evidentemente sofreram grandes aperfei oamentos ao longo dos anos No entanto chegou se a um ponto em que estes evolu ram de forma t o r pida que o acesso mem ria do computador ficou comprometida pois apesar de tamb m ter sofrido boas mudan as a mem ria mais lenta para ser acessada fazendo com que o processador n o conseguisse trabalhar com toda sua velocidade devido a sua depend ncia da velocidade de acesso aos dados da mem ria Esse problema ficou not vel a partir do ano de 1990 quando os processadores passaram a trabalhar acima de 25 MHz Uma solu o para este problema seria usar mem rias r pidas como a SRAM mas estas eram muito caras e inviabilizariam a compra de computadores Al m disso tais mem rias eram complexas e grandes o que exigiria mais espa o interno no gabinete da m quina Mesmo
5. de um processador pode ser orientada de dois tipos por registrador ou para a mem ria Se for orientada para registradores como no caso da arquitetura Intel a ULA ap s executar qualquer opera o l gica ou aritm tica sempre vai armazenar o resultado no acumulador No caso de ser orientado para registradores como o caso dos microprocessadores da Motorola nem sempre o resultado armazenado no acumulador podendo esse ser armazenado em qualquer posi o de mem ria Terminada a primeira instru o a unidade de controle auto incrementa um contador chamado de contador de programa e vai para a pr xima instru o tipicamente localizada na pr xima posi o da mem ria endere o de mem ria a menos que a instru o seja uma instru o de desvio informando o computador que a pr xima instru o est em outra posi o Registradores O Registrador de uma unidade central de processamento um tipo de mem ria de pequena capacidade por m muito r pida contida no CPU utilizada no armazenamento tempor rio durante o processamento Os registradores est o no topo da hierarquia de mem ria sendo assim s o o meio mais r pido e caro de se armazenar um dado S o utilizados na execu o de programas de computadores disponibilizando um local para armazenar dados Na maioria dos computadores modernos quando da execu o das instru es de um programa os dados s o movidos da mem ria principal para os registradores ent o a
6. ria por possuir a maior velocidade de transfer ncia dentro do sistema menor tempo de acesso menor capacidade de armazenamento e maior custo Analisando os diversos par metros que caracterizam as mem rias descritos no item anterior temos Tempo de acesso ciclo de mem ria por serem constru dos com a mesma tecnologia da CPU estes dispositivos possuem o menor tempo de acesso ciclo de mem ria do sistema neste caso n o aplic vel distinguir se tempo de acesso e ciclo de mem ria por serem sempre iguais algo em torno de 10 a 20 nanossegundos dependendo de tratar se de CPU de um supercomputador ou de um microprocessador mais lento Capacidade os registradores s o fabricados com capacidade de armazenar um nico dado uma nica instru o ou at mesmo um nico endere o Desta forma a quantidade de bits de cada um de uns poucos bits de 8 a 64 dependendo do tipo de processador e dentro deste da aplica o dada ao registrador em si Registradores de dados t m em geral o tamanho definido pelo fabricante para a palavra do processador tamanho diferente dos registradores usados exclusivamente para armazenar endere os quando h registradores com esta fun o espec fica no processador Por exemplo o processador Intel 80486 cuja palavra de 32 bits tem registradores tamb m de 32 bits inclusive registradores de endere os os n meros que indicam os endere os de c lula de mem ria principal do processador
7. t m 32 bits o processador Motorola 68000 tem registradores de dados de 32 bits palavra de 32 bits e registrador de endere os de 24 bits enquanto os processadores da fam lia IBM 43xx possuem registradores de dados de 32 bits e endere os de 24 bits Volatilidade registradores s o mem rias de semicondutores e portanto necessitam de energia el trica para funcionarem Assim registradores s o mem rias vol teis Para a CPU funcionar sem interrup o mesmo quando eventualmente a energia el trica para o computador interrompida necess rio que o sistema de computa o seja ligado a um dispositivo de alimenta o el trica denominado no break o qual constitu do de bateria ou gerador de corrente conversor AC DC Tecnologia conforme mencionado no t pico anterior os registradores s o mem rias de semicondutores sendo fabricados com tecnologia igual dos demais circuitos da CPU visto que eles se encontram inseridos em seu interior No entanto h diversos modelos de tecnologia de fabrica o de semicondutores uns com tempo de acesso maior que outros custos e capacidade de armazenamento no mesmo espa o f sico diferentes Tecnologias bipolar e MOS metal oxide semicondutor s o comuns na fabrica o de registradores sendo descritas na disciplina Circuitos L gicos Temporariedade os registradores s o mem rias auxiliares internas CPU e portanto tendem a guardar informa o dados ou
8. tamb m trabalha com uma certa quantidade de pinos correspondentes quantidade de bits Sinais de controle Os processadores atuais possuem v rios pinos no m nimo 400 Somente analisando friamente a arquitetura de cada tipo de processador existente tarefa iminente a engenheiros eletr nicos poss vel saber qual a fun o de cada um Os processadores no entanto possui algumas fun es padr o ou seja encontr veis em praticamente todos os processadores independente do fabricante Estas s o conhecidas como sinais de controle ou sinais digitais tamb m correspondem a pinos no chip do processador e algumas delas s o citadas abaixo MIO sinal para indicar se a opera o em quest o de acesso a mem ria ou de E S RW sinal para indicar se a opera o em quest o de leitura ou grava o INT sinal para que dispositivos externos possam interromper o processador para que ele efetue uma opera o que n o pode esperar Por exemplo quando o HD interrompe o processador para avisar o t rmino de uma opera o de leitura Como existe somente um sinal INT o processador opera em conjunto com um mecanismo denominado Controlador de Interrupc es que trabalha com as conhecidas IRQs Como v rios dispositivos podem requisitar o processador num mesmo instante atrav s deste controlador poss vel realizar todas as opera es de forma organizada NMI sinal de interrup o especial usado em emerg ncias o
9. Processadores Origem e funcionamento Processadores Origens e Funcionamento O processador o c rebro do micro encarregado de processar a maior parte das informa es Ele tamb m o componente onde s o usadas as tecnologias de fabrica o mais recentes Existem no mundo atualmente apenas quatro grandes empresas com tecnologia para fabricar processadores competitivos para micros PC a Intel que domina mais de 60 do mercado a AMD que disputa diretamente com a Intel a Via que fabrica os chips Via C3 e C7 embora em pequenas quantidades e a IBM que esporadicamente fabrica processadores para outras empresas como a Transmeta A defini o mais t cnica para processadores um circuito integrado de controle das fun es de c lculos e tomadas de decis es de um computador por isso considerado o c rebro do mesmo Ele faz parte de um importante elemento do computador a Unidade Central de Processamento em ingl s CPU Central Processing Unit Hoje todos os circuitos e chips dispostos em diversas placas que compunham a Unidade Central de Processamento est o integrados no microprocessador As origens A historia dos processadores se mistura com a pr pria historia dos computadores A id ia de se utilizar equipamentos para ajudar a processar n o nova Os primeiros ind cios de uso de instrumentos para aux lio na realiza o de opera es matem ticas s o do baco em 500 A C pelos babil ni
10. a booleana E realizam as seguintes tarefas Busca e execu o de instru es existentes na mem ria Os programas e os dados que ficam gravados no disco disco r gido ou disquetes s o transferidos para a mem ria Uma vez estando na mem ria o processador pode executar os programas e processar os dados Controle de todos os chips do computador O processador composto basicamente de quatro partes Unidade l gica e aritm tica ULA ou em ingl s Arithmetic Logic Unit ALU a unidade central do processador Central Processing Unit ou simplesmente CPU que realmente executa as opera es aritm ticas e l gicas referenciadas pelos opcodes na verdade uma grande calculadora eletr nica do tipo desenvolvido durante a II Guerra Mundial e sua tecnologia j estava dispon vel quando os primeiros computadores modernos foram constru dos Unidade de controle respons vel por gerar todos os sinais que controlam as opera es no exterior do CPU e ainda por dar todas as instru es para o correto funcionamento interno do CPU a apoi la o ter a colabora o de uma outra estrutura actor o decodificador de instru es Registradores s o outro elemento uma mem ria veloz que armazena comandos ou valores que ser o importantes para o processamento de cada instru o Os registros mais importantes s o Contador de Programa PC Sinaliza para a pr xima instru o Registro de Instru o IR Registra a i
11. assim a id ia n o foi totalmente descartada pois serviu de base para uma solu o eficiente a mem ria cache A mem ria cache consiste numa pequena quantidade de mem ria SRAM inclu da no chip do processador Quando este precisa ler dados na mem ria RAM um circuito especial chamado de controlador de Cache transfere os dados mais requisitados da RAM para a mem ria cache Assim no pr ximo acesso do processador este consultar a mem ria cache que bem mais r pida permitindo o processamento de dados de maneira mais eficiente Enquanto o processador l os dados na cache o controlador acessa mais informa es na RAM transferindo as para a mem ria cache De grosso modo pode se dizer que a cache fica entre o processador e a mem ria RAM Tipos de mem ria cache Atualmente existem 3 tipos de mem ria cache que ser o mostrados a seguir Cache L1 Leve 1 N vel 1 ou cache interno trata se de um tipo de cache em uso desde o processador 486 chamado de cache interno porque se localiza dentro do processador O cache L1 t o importante para o processador que este mesmo tendo clock inferior pode ser mais r pido que um processador de clock superior mas sem cache O tamanho deste cache pode ir de 16 KB como o Pentium a 512 KB como o Pentium 4 Os processadores 486 tinham cache de 8 KB Cache L2 Level 2 N vel 2 ou cache externo o cache L1 n o era totalmente perfeito pois tinha tamanho pequeno e apresentava a
12. clocking Como funciona o clock um pequeno cristal de quartzo que fica na placa m e tem exatamente a mesma fun o marcar o tempo Para que o computador funcione tudo tem que funcionar de maneira sincronizada como uma orquestra Cada vez que gerado um pulso de clock todos os dispositivos realizam uma opera o param e continuam o que estiverem fazendo no pr ximo ciclo Como num cruzamento onde os carros trafegam hora num sentido hora no outro orientados pelo farol O cristal vibra numa freqii ncia de 4 77 MHz Esta fregi ncia multiplicada pela placa m e para gerar os 66 ou 100 MHz do barramento Outros dispositivos podem dividir ou multiplicar a frequ ncia da placa m e o barramento PCI por exemplo funciona a 33 MHz caso a placa m e esteja funcionando a 66 MHz ent o a fregii ncia ser dividida por 2 ou seja para cada 2 ciclos da placa m e ser gerado um ciclo do barramento PCI Se a placa estiver funcionando a 100 MHz ent o a fregi ncia ser dividida por 3 O processador multiplica a fregii ncia da placa m e Um Pentium II de 400 MHz por exemplo multiplica por 4 a fregi ncia de 100 MHz da placa m e gerando 4 ciclos para cada ciclo da placa Um 200 MMX multiplica por 3 a frequ ncia de 66 MHz gerada pela placa m e e assim por diante Clock interno e externo Daqui que vem termos como processadores K6 II de 500 MHz Pentium II de 800 MHz Athlon XP de 2 GHz etc O clock uma forma de indicar o n mero d
13. cos Este instrumento toma a forma que conhecemos hoje na China em 1300 O tempo passa e as primeiras evolu es significativas come am a surgir Primeiro em 1614 Scotsman John Napier descobre o logaritmo Ele mesmo constr i uma m quina capaz de multiplicar dividir e calcular ra zes quadrada e c bica de n meros Depois Wilhelm Schickard em 1623 constr i o que chamado de Calculating Clock capaz de somar e subtrair n meros de at 6 d gitos e que batia um sino quando havia overflow Em 1642 Blaise Pascal constr i uma m quina mec nica de somar que apesar de ser mais limitada que o Calculating Clock de Schickard fica muito mais conhecida Ele consegue vender algo como uma d zia delas em v rias vers es calculando n meros de at 8 d gitos Em 1822 Charles Babbage teoriza seu primeiro computador mec nico a sua m quina de diferen a que resolveria polin mios Ele tamb m teoriza sobre a m quina anal tica um dispositivo de prop sito matem tico geral Na poca estas m quinas eram muito complicadas para serem constru das mas a teoria funcionava Estas m quinas utilizariam cart es perfurados para o armazenamento dos dados Tentativas de constru o da m quina de diferen a foram feitas em 1832 juntamente com Joseph Clement mas apenas um prot tipo constru do Um outro avan o importante vem em 1848 quando George Boole cria sua lgebra booleana Uma lgebra que trabalha com valores bin
14. deo e de som modem disco r gido teclado etc Estes componentes s o conhecidos como Dispositivos de Entrada teclado e mouse por exemplo e Sa da placa de v deo e som por exemplo Em ingl s utiliza se a sigla T O de Input Output Para que o processador possa trabalhar com esses dispositivos ele usa um barramento para se comunicar Assim poss vel que o processador envie informa es por exemplo os dados para uma impressora quando voc pede para imprimir um arquivo e receba por exemplo quando voc digita algo no teclado Esse barramento conhecido como barramento de dados ou data bus No entanto quando o processador trabalha com a mem ria ele faz uso de um barramento de endere os tamb m chamado de clock externo pois atrav s de um endere o que o processador localizar os dados que precisa e que est o armazenados na mem ria do computador tamb m por este barramento que o processador consegue determinar para qual dispositivo ser o enviados os dados tratados Seu valor medido em Hz A grande maioria dos processadores possui terminais ou pinos de contato vulgarmente chamados de perninhas Cada um destes pinos possui uma fun o e trabalha com 1 bit por vez Assim quando se diz que o barramento de dados trabalha a 16 bits isso quer dizer que pelo menos teoricamente o processador destina 16 perninhas para esta fun o A mesma regra vale para o barramento de endere os ou seja este
15. e instru es que podem ser executadas a cada segundo ciclo Sua medi o feita em Hz sendo que KHz corresponde a mil ciclos MHz corresponde a 1000 KHz e GHz corresponde a 1000 MHz Assim um processador Pentium II 800 MHz indica que o mesmo pode realizar 800 milh es de ciclos por segundo Algumas instru es podem precisar de v rios ciclos para serem executadas enquanto outras uma ciclo s A seguir as diferen as entre clock interno e clock externo Clock interno o clock interno indica a frequ ncia na qual o processador trabalha Portanto num Pentium 4 de 2 8 GHz o 2 8 GHz indica o clock interno Este geralmente obtido atrav s de um multiplicador do clock externo Por exemplo se o clock externo for de 66 MHz o multiplicador ter de ser de 3x para fazer com o que processador funcione a 200 MHz 66 x 3 Clock externo tamb m conhecido como FSB Front Side Bus o clock externo por sua vez o que indica a fregii ncia de trabalho do barramento conhecido como barramento externo de comunica o com a placa m e na verdade chipset mem ria etc Por exemplo o processador AMD Sempron 2200 trabalha com clock externo de 333 MHz Nos processadores da linha Athlon 64 a AMD fabricante passou a adotar a tecnologia HyperTransport que basicamente usa dois barramentos para comunica o externa um para acesso mem ria e outro para acesso ao chipset Na verdade este ltimo que recebe o nome de HyperTransport
16. erminar se uma quantidade menor ou maior que outra e quando quantidades s o iguais A ULA pode executar fun es l gicas com letras e com n meros Resumindo A ULA executa opera es aritm ticas comuns Tamb m toma decis es l gicas resolvendo sintaxes l gicas em uma programa o Unidade de Controle Unidade de controle respons vel por gerar todos os sinais que controlam as opera es no exterior do CPU e ainda por dar todas as instru es para o correto funcionamento interno do CPU a apoi la o ter a colabora o de uma outra estrutura ator o decodificador de instru es A unidade de controle executa tr s a es b sicas intr nsecas e pr programadas pelo pr prio fabricante do processador s o elas busca fetch decodifica o e execu o Assim sendo todo processador ao iniciar sua opera o realiza uma opera o c clica tendo como base essas tr s a es Dependendo do tipo de microprocessador a unidade de controle pode se ser fixa ou program vel A unidade fixa aquela unidade que j vem com todo o conjunto de instru o programado em uma PLA que constru da pelo fabricante dentro da UC Por exemplo os microprocessadores 8080 8085 Z80 6800 6502 possuem unidade de controle fixa Um exemplo de unidade de controle program vel pode ser visto nos processadores conhecidos como Bit Slices essa arquitetura al m de permitir a constru o das partes do computador usando m dulos b sico
17. imeira gera o de chips 1945 1959 era lenta enorme usava v lvulas quil metros de fios e os equipamentos esquentavam muito muito mesmo e A segunda gera o 1959 1964 introduz os transistores e as placas de circuitos impressos Isso diminuiu o tamanho dos equipamentos deixando os mais r pidos e J aterceira gera o 1964 1970 trouxe os circuitos integrados que permitiram uma compacta o muito grande dos elementos do computador e o processamento na ordem dos microsegundos e A quarta gera o a partir de 1970 aperfei oou a tecnologia existente e iniciou uma miniaturiza o dos componentes Afora a velocidade de processamento de dados chegou aos nanosegundos bilion sima parte do segundo nessa quarta gera o que a Intel come ou a mostrar sua for a com a cria o do primeiro microprocessador o Intel 4004 Come a assim a ind stria dos computadores pessoais Desde esse tempo os processadores impulsionaram o desenvolvimento dos PCs trazendo nessa onda os outros componentes como HDs placa de v deo mem ria e ampliando a necessidade de novos sistemas operacionais e aplica es Quando chegamos a 1985 os processadores entram na era dos 32 bits com o Intel 80386 A partir desse ponto a evolu o foi cada vez mais r pida Lembrando a Lei de Moore nome baseado no fundador da Intel Gordon Moore que diz que o n mero de transistores de um microprocessador duplicado a cada 18 meses a capacidade de processament
18. instru es o mais temporariamente poss vel Acumuladores ou registradores de dados armazenam os dados apenas o tempo necess rio para sua utiliza o na ULA Custo devido tecnologia mais avan ada de sua fabrica o os registradores encontram se no topo da pir mide em termos de custos sendo os dispositivos de maior custo entre os diversos tipos de mem ria Memory Management Unit MMU do ingl s Memory Management Unit um dispositivo de hardware que transforma endere os virtuais em endere os f sicos Na MMU o valor no registo de re loca o adicionado a todo o endere o l gico gerado por um processo do utilizador na altura de ser enviado para a mem ria O programa do utilizador manipula endere os l gicos ele nunca v endere os f sicos reais Normalmente o sistema atual de MMU divide o espa o de endere amento virtual endere os utilizados pelo processador em p ginas cujo o tamanho de 2n tipicamente poucos kilobytes A MMU normalmente traduz n mero de p ginas virtuais para n mero de p ginas f sicas utilizando uma cache associada chamada Translation Lookaside Buffer TLB Quando o TLB falha uma tradu o um mecanismos mais lento envolvendo um hardware espec fico de dados estruturados ou um software auxiliar usado Barramento Para que o computador possa oferecer recursos e possibilidades diversas de uso ao usu rio necess rio a utiliza o de dispositivos adicionais como placas de v
19. lguns erros que obrigavam o processador a buscar os dados na mem ria RAM Um solu o foi a implanta o de uma mem ria cache fora do processador Eis a cache L2 que para ser usada necessita de um controlador que geralmente embutido no chipset da placa m e este chip que tamb m determina o tamanho m ximo do cache L2 O tamanhos mais comuns s o os de 256 KB e 512 KB mas perfeitamente poss vel a exist ncia de caches maiores Um fato importante a ser citado que diversos processadores trazem o cache L2 embutido dentro de si fazendo com que as terminologias Interno e Externo perderem o sentido Cache L3 Level 3 N vel 3 trata se de um tipo incomum usado pelo processador AMD K6 III Este possui o cache L2 embutido em si de forma que o cache L2 existente na placa m e pudesse ser usado como uma terceira cache Da o nome L3 Tal fato fez do K6 II um processador muito r pido em sua poca Co processador aritm tico Dois dos primeiros processadores existentes o 8086 e 8088 poderiam trabalhar em conjunto com um processador especial chamado 8087 A fun o deste processador era a de realizar c lculos matem ticos complexos O processador quando muito passaria ent o a executar c lculos mais simples e a se preocupar com outras instru es O 8087 o que conhecemos hoje como Co processador aritm tico ou Co processador matem tico Seu nome em ingl s FPU Floating Point Unit Unidade de de Ponto Flutuante
20. nde a interrup o enviada por este sinal deve ser atendida prontamente O NMI geralmente usado informar erros relacionados a dados na mem ria INTA sinal usado para que o processador informe que aceitou uma interrup o e que est aguardando que o dispositivo que a gerou passe as instru es VCC entrada de corrente el trica que alimenta os circuitos internos do processador pode haver v rios VCC no processador e GND sinal usado para controle de energia como se fosse um fio terra Tamb m pode ser encontrados v rios deste sinal no processador RESET sinal ligado ao bot o RESET do gabinete do computador Ao ser ativado o processador p ra o que est fazendo e inicia as opera es novamente como se o usu rio tivesse acabado de ligar a m quina e CLOCK este recebe um sinal digital usado internamente para sincronizar todo o funcionamento do processador Velocidade clock Clock um circuito oscilador que tem a fun o de sincronizar e ditar a medida de velocidade de transfer ncia de dados no computador por exemplo internamente ou externamente barramento Esta fregii ncia medida em ciclos por segundo ou Hertz A velocidade do processador est relacionada n o exclusivamente ao clock mas sim a instru es por ciclos deste clock Qualquer altera o realizada de forma a fazer com que o processador trabalhe acima de sua capacidade normal de trabalho para o qual foi projetado denominada Over
21. nstru o da execu o Os outros realizam o armazenamento de resultados intermedi rios Memory Management Unit MMU um dispositivo de hardware que transforma endere os virtuais em endere os f sicos e administra a mem ria principal do computador Componentes Unidade l gica e aritm tica A Unidade l gica e aritm tica ULA ou em ingl s Arithmetic Logic Unit ALU a unidade central do processador Central Processing Unit ou simplesmente CPU que realmente executa as opera es aritm ticas e l gicas referenciadas pelos opcodes na verdade uma grande calculadora eletr nica do tipo desenvolvido durante a II Guerra Mundial e sua tecnologia j estava dispon vel quando os primeiros computadores modernos foram constru dos O matem tico John von Neumann prop s o conceito de ULA em 1945 quando escreveu um relat rio sobre os fundamentos para um novo computador chamado EDVAC A tecnologia utilizada foi inicialmente rel s heran a da telefonia e posteriormente v lvulas heran a da radiofonia Com o aparecimento dos transistores e depois dos circuitos integrados os circuitos da unidade aritm tica e l gica passaram a ser implementados com a tecnologia de semi condutores A ULA executa as principais opera es l gicas e aritm ticas do computador Ela soma subtrai divide determina se um n mero positivo ou negativo ou se zero Al m de executar fun es aritm ticas uma ULA deve ser capaz de det
22. o e a velocidade dos processadores come am a disparar O ano de 1989 marca o lan amento do Intel 80486 e nesse mesmo ano a fase da informatiza o das empresas entra em expans o Com o Windows 3 1 em 1991 insere se uma nova maneira de trabalho com os computadores pessoais Nas empresas as esta es de trabalho passaram a fazer muitas opera es que antes eram de responsabilidade dos grandes servidores Os novos editores de texto e planilhas eletr nicas e a evolu o dos recursos multim dia trouxeram novos horizontes para as aplica es exigindo mais processamento e mem ria dos equipamentos O Intel 80486 era o processador da m quina padr o para essa poca Impulsionada pelas novas aplica es e recursos a Intel lan a em 1993 o Pentium com incr veis 60 MHz O Pentium ganhou cada vez mais velocidade e capacidade de processamento e nos pr ximos anos a Lei de Moore funcionou como nunca Em 1995 chegou o Pentium Pro e em 1997 o Pentium MMX O ano de 1998 marca a chegada do Pentium II seguido em 1999 do Pentium II at que em 2001 chega o Pentium 4 Com o Pentium 4 as aplica es come am a ser escritas com instru es espec ficas para tirar muito mais proveito do novo processador Em paralelo a fabricante de chips AMD avan ava com seus processadores K5 de 1996 K7 de 1997 e Athlon que conseguiu fazer frente ao Pentium e hegemonia da Intel no mercado Em 2002 o aumento da for a e o aquecimento resultante da acelera
23. phony Laboratories constr i em 1937 um somador bin rio de 1 bit utilizando rel s Apesar de ser considerando um dos primeiros computadores bin rios era apenas uma demonstra o A Hewlett Packard HP hoje uma empresa importante que adquiriu a Compaq recentemente fundada em uma garagem da Calif rnia em 1939 Neste ano tamb m come a a segunda guerra mundial Apesar de seu car ter esse fato propicia o surgimento de v rias novas tecnologias que ajudam no desenvolvimento dos computadores e processadores como um todo O ENIAC um dos primeiros computadores terminado de ser constru do em 1946 Era enorme Pesava cerca de 30 toneladas e utilizava cerca de 18 000 v lvulas em sua constru o Era capaz de realizar 100 000 c lculos por segundo e foi utilizado principalmente para c lculo de trajet rias bal sticas e testes de teorias relativas bomba de hidrog nio Um dos mais importantes momentos para a hist ria da computa o e para a dos processadores aconteceu em 1947 no Bell Laboratories Estudando maneiras de amplificar sinais el tricos William B Shockley John Bardeen e Walter H Brattain inventam o transistor De tamanho e consumo de energia menores que a v lvula e com funcionamento imediato a v lvula precisava esquentar para funcionar este invento possibilitaria a constru o dos processadores como n s os conhecemos hoje Podemos dividir a era moderna da computa o em 4 gera es e A pr
24. s Bit slices permite ao projetista de hardware programar seu pr prio conjunto de instru es Inicialmente a UC de controle fornece o endere o de mem ria de onde deve retirar um byte ou mais conhecido como chunk esse chunk pode conter um c digo de opera o opcode ou um operando tamb m conhecido como dado Lembre se na primeira posi o de mem ria deve sempre ser gravado um opcode pois s o opcode pode informar para a UC qual a o deve ser tomada depois Al m de controlar a posi o de mem ria que cont m a instru o corrente que o computador est executando a UC ao decodificar o opcode informa ULA qual opera o a executar soma ou subtra o nos processadores de 8 bits Nos processadores de 16 bits podem ser efectuadas as instru es de soma subtra o divis o e multiplica o Em adi o a essas opera es que chamamos de aritm ticas a partir da decodifica o do opcode a UC tem a capacidade de realizar opera es que denominamos opera es l gicas onde se incluem E Ou Xor compara o deslocamento de bits para a direita e para a esquerda Essas opera es s o basicamente as mesmas para grande maioria de microprocessadores que existem no mercado Contudo cada fabricante atribui a cada uma delas um mnem nico diferente registra os em um manual de instru es espec fico daquele processador e o denomina conjunto de instru es Uma caracter stica muito importante de nota que a arquitetura
25. s instru es que utilizam estes dados s o executadas pelo processador e finalmente os dados s o movidos de volta para a mem ria principal As a es operativas do processador s o realizadas nas suas unidades funcionais na unidade aritm tica e l gica ULA Aritmetic and Logic Unit na unidade de ponto flutuante UFP Float Point Unit FPU ou talvez em uma unidade de processamento vetorial No entanto antes que a instru o seja interpretada e as unidades da CPU sejam acionadas o processador necessita buscar a instru o de onde ela estiver armazenada mem ria cache ou principal e armazen la em seu pr prio interior em um dispositivo de mem ria denominado registrador de instru o Em seguida a este armazenamento da instru o o processador dever na maioria das vezes buscar dados da mem ria cache principal ou mesmo de unidades de disco em fita para serem manipulados na ULA Esses dados tamb m precisam ser armazenados em algum local da CPU at serem efetivamente utilizados Os resultados de um processamento de uma soma subtra o opera o l gica etc tamb m precisam s vezes ser guardados temporariamente na CPU ou para serem novamente manipulados na ULA por uma outra instru o ou para serem transferidos para uma mem ria externa CPU Esses dados s o armazenados na CPU em pequenas unidades de mem ria denominadas registradores Um registrador portanto o elemento superior da pir mide de mem
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