Pesquisa Científica - Processadores (2009)

(1)

Instituto Federal de Educação, Ciência e

Tecnologia de Sergipe

Programa de Bolsas de Iniciação Científica Júnior –

PBICJr

Museu Web de Tecnologia

Antônio Vinícius Menezes Medeiros

Orientador: Heli Henriques Alcantara Nascimento

ARACAJU – SE

2009

(2)

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(3)

(4)

(5)

Resumo

Este trabalho apresenta os processadores para computadores pessoais baseados no IBM

PC, seus componentes, seu funcionamento, suas características e sua evolução. O trabalho

apr

apres

esent

entado

ado tem

tem com

como

o obj

objeti

etivo

vo pri

princi

ncipa

pal l au

auxil

xiliar

iar a

a co

compr

mpreen

eensão

são do

do fun

funcio

cionam

namen

ento

to dos

dos

componentes do computador, em especial do processador, e esclarecer as diferenças entre as

tec

tecnol

nologi

ogias

as que

que se

se en

encon

contra

tram

m ho

hoje

je dis

dispo

ponív

níveis

eis no

no mer

mercad

cado.

o. São

São col

coloca

ocadas

das con

consid

sidera

eraçõe

çõess

referentes às características, inovações e funcionamento dos processadores, de modo que seja

possível compará-los em termos de

(6)

(7)

(8)

(9)

Sumário

1 1 O

O Computador

Computador

11

1.1 1.1 Hardware

Hardware

33 11..11..1

1 P

Prroocceessssaaddoorr

33 11..11..2

2 P

Pllaaccaa--m

mããee

55 11..11..3

3 M

Meem

móórriiaa

66 11..11..33..1

1 M

Meem

móórriia

a

pprriinncciippaall

66 11..11..33..2

2 M

Meem

móórriia

a

sseeccuunnddáárriiaa

88 11..11..33..3

3 B

Biitts

s

e

B

Byytteess

99 11..11..33..4

4 M

Meeddiiddaas

s

dde

e

A

Arrm

maazzeennaam

meennttoo

1111

11..11..4

4 P

Peerriifféérriiccoos

s ((D

Diissppoossiittiivvoos

s dde

e E

Ennttrraadda

a ee//oou

u S

Saaííddaa))

1122

11..11..44..1

1 D

Diissppoossiittiivvoos

s

dde

e

E

Ennttrraaddaa

1122

11..11..44..2

2 D

Diissppoossiittiivvoos

s

dde

e

S

Saaííddaa

1166

11..11..44..3

3 D

Diissppoossiittiivvoos

s dde

e E

Ennttrraadda

a e

e S

Saaííddaa

1188

11..11..5

5 IInntteerrffaacceess

2299

11..11..6

6 B

Baarrrraam

meennttooss

3300

11..11..66..1

1 O

Ouuttrra

a ccllaassssiiffiiccaaççãão

o ppaarra

a oos

s bbaarrrraam

meennttooss

3322

11..11..7

7 O

Ouuttrroos

s

C

Coom

mppoonneenntteess

3322

11..11..77..1

1 G

Gaabbiinneettee

3322

11..11..77..2

2 F

Foonntte

e

dde

e

A

Alliim

meennttaaççããoo

3344

11..11..77..3

3 C

Coooolleerr

3344

11..11..77..4

4 E

Essttaabbiilliizzaaddoor

r dde

e tteennssãão

o /

/ N

Noo--bbrreeaak

k /

/ F

Fiillttrro

o dde

e LLiinnhhaa

3355

11..22 S

Sooffttw

waarree

3366

11..22..1

1 T

Tiippoos

s

dde

e

S

Sooffttw

waarree

3377

11..22..2

2 A

Arrqquuiivvoos

s

e

ppaassttaass

3388

2 2 O

O P

Prro

occeessssaad

do

or

r ((U

Un

niid

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de

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Ceen

nttrraal

l d

de

e P

Prro

occeessssaam

meen

ntto

o))

4400

22..1

1 C

Coom

mppoonneennttees

s

dde

e

uum

m

P

Prroocceessssaaddoorr

4422

2.1.1 2.1.1 Unidade

Unidade Aritmética

Aritmética e

e Lógica

Lógica (UAL)

(UAL)

44

44 22..11..11..1

1 C

Coo--pprroocceessssaaddoor

r

m

maatteem

mááttiiccoo

4466

22..11..2

2 R

Reeggiissttrraaddoorreess

4466

22..11..3

3 U

Unniiddaadde

e

dde

e

C

Coonnttrroolle

e

((U

UC

C))

5500

22..11..4

4 R

Reellóóggiio

o

oou

u

C

Clloocckk

5511

22..11..5

5 D

Deeccooddiiffiiccaaddoor

r

dde

e

IInnssttrruuççãão

o

((D

DII))

5533

22..11..6

6 R

Reeggiissttrraaddoorrees

s ccoom

m ffuunnççãão

o dde

e ccoonnttrroollee

5544

22..11..66..1

1 R

Reeggiissttrraaddoor

r

dde

e

IInnssttrruuççãão

o

((R

RII))

5555

22..11..66..1

1 C

Coonnttaaddoor

r

dde

e

IInnssttrruuççãão

o

((C

CII))

5555

2.1.6.1 Registrador de Endereços de Memória (REM) e

2.1.6.1 Registrador de Endereços de Memória (REM) e Registrador de Dados

Registrador de Dados

de Memória (RDM)

55

55 22..2

2 IInnssttrruuççõõees

s

dde

e

M

Mááqquuiinnaa

5588

22..3

3 F

Fuunncciioonnaam

meenntto

o dda

a U

UC

CP

P ((C

Ciiccllo

o dda

a IInnssttrruuççããoo))

6600

22..33..1

1 E

Exxeem

mppllo

o

dde

e

ffuunncciioonnaam

meenntto

o

dda

a

U

UC

CP

P

6611

22..33..11..1

1 C

Ciiccllo

o

dda

a

iinnssttrruuççãão

o

LLD

DA

A

O

Opp..

6644

22..33..11..2

2 C

Ciiccllo

o

dda

a

iinnssttrruuççãão

o

A

AD

DD

D

O

Opp..

6677

(10)

(11)

(12)

(13)

33..3

3 LLaarrgguurra

a

ddo

o

bbaarrrraam

meenntto

o

dde

e

eennddeerreeççooss

7733

33..4

4 C

Caappaacciiddaadde

e

dde

e

eennddeerreeççaam

meennttoo

7733

33..5

5 C

Clloocck

k

iinntteerrnno

o

e

eexxtteerrnnoo

7744

33..6

6 M

Meem

móórriia

a

ccaacchhee

7766

33..66..1

1 O

O P

Prriinnccííppiio

o dda

a LLooccaalliiddaadde

e e

e o

o ffuunncciioonnaam

meenntto

o dda

a m

meem

móórriia

a ccaacchhee

7777

33..66..2

2 N

Níívveeiis

s

e

eevvoolluuççãão

o

dda

a

m

meem

móórriia

a

ccaacchhee

7788

33..7

7 N

Núúm

meerro

o

dde

e

rreeggiissttrraaddoorreess

8811

33..8

8 C

Coo--pprroocceessssaaddoor

r

m

maatteem

mááttiiccoo

8811

33..9

9 E

Exxeeccuuççãão

o

dde

e

iinnssttrruuççõõees

s

eem

m

ppaarraalleelloo

8822

33..99..1

1 M

Meettooddoollooggiia

a T

Tiippo

o LLiinnhha

a dde

e M

Moonnttaaggeem

m oou

u P

Piippeelliinniinngg

8822

33..110

0 A

Annáálliisse

e

dde

e

ddeesseem

mppeennhho

o

((bbeenncchhm

maarrkk))

8844

4

4 A

A

E

Evvo

ollu

uççãão

o

do

d

os

s

P

Prro

occeessssaad

do

orreess

8866

R

(14)

(15)

(16)

(17)

Capítulo 1 – O Computador

Esta introdução se baseia no que foi visto em [LVC] e [MON01].

Como diz Monteiro [MON01],

Como diz Monteiro [MON01], “Computar significa calcular, realizar cálculos

“Computar significa calcular, realizar cálculos

matemáticos.”

O primeiro computador foi

O primeiro computador foi criado para facilitar operações matemáticas,

criado para facilitar operações matemáticas,

fornecendo os resultados das mesmas com rapidez e precisão. É a máquina que mais

evoluiu desde a sua criação, adquirindo várias outras utilidades ao longo do seu

desenvolvimento.

Os computadores de hoje em dia servem não só para realizar cálculos

matemáticos, eles podem fazer quase tudo que se

matemáticos, eles podem fazer quase tudo que se possa imaginar para uma máquina

possa imaginar para uma máquina

fazer: textos, imagens,

fazer: textos, imagens, vídeos, músicas, jogos, aplicações multimídia, pesquisas,

vídeos, músicas, jogos, aplicações multimídia, pesquisas,

comunicação instantânea com qualquer lugar do mundo a qualquer dia e qualquer

hora; tudo isso é

hora; tudo isso é possível fazer com um apenas um

possível fazer com um apenas um aparelho chamado computad

aparelho chamado computador.

or.

Pode-se definir

Pode-se definir computador

computador como uma máquina que trabalha com grande

como uma máquina que trabalha com grande

quantidad

quantidade de

e de informações

informações, capaz

, capaz de receber, processar, armazenar e

de receber, processar, armazenar e transmitir

transmitir

dados.

Há muito tempo atrás os computadores eram feitos de grandes empresas para

grandes empresas. Eram máquinas enormes, que ocupavam muito espaço (logo os

primeiros ocupavam uma biblioteca inteira), tinham funcionamento complexo e

custavam muito caro. Não eram máquinas que podiam ser usadas por qualquer

pessoa.

Ao longo da h

Ao longo da história dos com

istória dos computadores estes fo

putadores estes foram tornando-se

ram tornando-se menores, mais

menores, mais

baratos e foram surgindo várias facilidades no uso, como

baratos e foram surgindo várias facilidades no uso, como o sistema operacional, a

o sistema operacional, a

interface gráfica e o

interface gráfica e o mouse, que possibilitaram sua popularização, principalme

mouse, que possibilitaram sua popularização, principalmente

nte

após a invenção dos primeiros computadores pessoais na década de 70, como

após a invenção dos primeiros computadores pessoais na década de 70, como oo

Altair e o Maci

Altair e o Macintosh.

ntosh.

Figura 1.1. O Altair 8800 (1975, à esquerda) foi o primeiro computador pessoal

comercializado. Já o Macintosh (1984) foi o primeiro computador a usar

interface gráfica e mouse.

Imagens retiradas da Internet. Disponíveis em

<http://diegolevis.com.ar/historia/altair.html> e

<http://www.museudocomputador.com.br/enciteclado.php>. Acesso em

21/07/2007.

Na década de 80 a IBM, a maior empresa de informática da época, que ainda

(18)

(19)

(20)

(21)

Figura 1.2. IBM PC (1981). Em pouco tempo ele se tornou o padrão para a

criação de novos computadores pessoais.

Imagem retirada da Internet. Disponível em <http://diegolevis.com.ar/historia/

PC.html>. Acesso em 27/06/2007.

Há muito tempo a IBM já não é

Há muito tempo a IBM já não é mais a única empresa a fabricar PCs. Esses

mais a única empresa a fabricar PCs. Esses

computadores adotaram padrões para a fabricação de suas peças e hoje qualquer

pequena empresa pode desenvolver produtos para serem utilizados nesses

computadore

computadores ou

s ou mesmo fabricar computadores.

mesmo fabricar computadores.

Muitas pessoas que possuem conhecimento técnico sobre

Muitas pessoas que possuem conhecimento técnico sobre o assunto também

o assunto também

montam seus próprios PCs (a expressão “montar um computador” é

montam seus próprios PCs (a expressão “montar um computador” é utilizada para

utilizada para

indicar que uma pessoa escolheu no mercado as peças de sua preferência,

comprou-as, e montou seu

as, e montou seu próprio equipam

próprio equipamento. Empresas que não fabricam computadores

ento. Empresas que não fabricam computadores

também podem vender computadores montados com peças

também podem vender computadores montados com peças de outras empresas).

de outras empresas).

Diferentemen

Diferentemente do IBM

te do IBM PC, o Macintosh (também chamado por seus usuários

PC, o Macintosh (também chamado por seus usuários

de MAC) continuou sendo

de MAC) continuou sendo fabricado e desenvolvido exclusivamen

fabricado e desenvolvido exclusivamente pela

te pela sua

sua

fabricante, a Apple. Somente ela fabrica hardware e software para

fabricante, a Apple. Somente ela fabrica hardware e software para esses

esses

computadore

computadores (ou se

s (ou se alguma outra empresa fabrica, faz isto sobre

alguma outra empresa fabrica, faz isto sobre o controle da

o controle da

Apple). Assim

Apple). Assim, a Apple desenvo

, a Apple desenvolve uma arqui

lve uma arquitetura “fechada”, po

tetura “fechada”, pois os usuários d

is os usuários dee

seus computadores só podem comprar os produtos da fabricante e as pessoas não

podem montar seus próprios computadores baseados nessa arquitetura.

Figura 1.3. Um PC e um MAC atuais.

Imagens retiradas da Internet. Disponíveis em

<http://www.brasilmodchip.com.br/pc.htm> e

(22)

(23)

(24)

(25)

Este trabalho se

Este trabalho se concentra exclusivame

concentra exclusivamente nos

nte nos computadore

computadores de

s de arquitetura

arquitetura

aberta, que são os

aberta, que são os mais usados atualmente, baseados no IBM PC. Nessa primeira

mais usados atualmente, baseados no IBM PC. Nessa primeira

parte, serão vistos os componentes que formam esses computadores. Eles podem ser

divididos em dois grandes grupos:

divididos em dois grandes grupos: hardware

hardware ee software

software..

1.1 Hardware

Hardware

Hardware é um termo em

é um termo em inglês que não tem uma

inglês que não tem uma tradução específica, deriva

tradução específica, deriva

da palavra

hard hard

em inglês, que significa duro. É

em inglês, que significa duro. É usado para definir todos os

usado para definir todos os

componente

componentes físicos

s físicos (mecânicos

(mecânicos, magnéticos e

, magnéticos e eletrônicos) de um

eletrônicos) de um computado

computador, ou

r, ou

seja, a máquina propriamente dita, formada pelo microcomputador e seus periféricos

(impressoras

(impressoras, monitores de vídeo,

, monitores de vídeo, scanners, mouses, entre outros). [VIP], [MON01]

scanners, mouses, entre outros). [VIP], [MON01]

O hardware de um computador pode ser dividido em quatro categorias

funcionai

funcionais:

s: processado

processador (ou

r (ou UCP), placa-mãe, memória e periféricos (também

UCP), placa-mãe, memória e periféricos (também

chamados de dispositivos de entrada

chamados de dispositivos de entrada e saída). Existem

e saída). Existem ainda alguns componentes

ainda alguns componentes

que não se encaixam em nenhuma dessas categorias funcionais e, no

que não se encaixam em nenhuma dessas categorias funcionais e, no entanto,

entanto,

continuam sendo compone

continuam sendo componentes físicos do

ntes físicos do computador. Estes serão vistos em Outros

computador. Estes serão vistos em Outros

componentes.

Figura 1.4. Alguns componentes de um computador: Monitor (1), placa-mãe

(2), processador (3), memória RAM (4), placas de expansão (5), fonte de

alimentação (6), unidade de CD/DVD (7), disco rígido (8), teclado (9) e mouse

(10).

(26)

(27)

(28)

(29)

Figura 1.5. Intel 386 (1988). Esse foi o primeiro processador de 32 bits para

PCs.

Imagem retirada da Internet. Disponível em

<http://www.museudocomputador.com.br/encipro.php >. Acesso em

01/07/2007.

O processador é quem efetivamente executa todas as operações no

computador, sendo considerado o “cérebro” da

computador, sendo considerado o “cérebro” da máquina. Essas operações são muito

máquina. Essas operações são muito

simples, consistem basicamente em operações matemáticas e lógicas,

simples, consistem basicamente em operações matemáticas e lógicas, além de

além de

operações de busca, leitura e gravação de dados na memória. No entanto, tudo o que

o computador faz (como já f

o computador faz (como já foi mencionado na introdução, acesso à Internet, edição de

oi mencionado na introdução, acesso à Internet, edição de

textos, imagens, jogos, etc.) se

textos, imagens, jogos, etc.) se resume basicamente a essas operações (isso será

resume basicamente a essas operações (isso será

explicad

explicado com

o com mais detalhes no tópico de Software).

mais detalhes no tópico de Software).

A velocida

A velocidade do processado

de do processador é um fator determi

r é um fator determinante no dese

nante no desempenho geral d

mpenho geral doo

computador. Tanto é que muitas pessoas descrevem o computador que usam

computador. Tanto é que muitas pessoas descrevem o computador que usam se

se

referindo ao modelo e velocidade do processador que ele possui (por exemplo, “eu

uso um Athlon 64” ou “eu uso um Pentium 100 MHz”).

Grosso modo, pode-se dizer que um processador que opere a 100 MHz, como o

Pentium do exemplo, realiza 100 milhões de operações por segundo. Essa é

Pentium do exemplo, realiza 100 milhões de operações por segundo. Essa é a forma

a forma

como é medida a velocidade de um processador: através da quantidade de operações

que ele consegue realizar em um segundo. A unidade utilizada para essa medida é o

MHz (Megahertz ou milhões de ciclos por segundo) ou em GHz (Gigahertz ou bilhões

de ciclos por segundo) nos processadores mais novos.

Vale ressaltar que outro computador equipado com um processador idêntico a

este pode apresentar um desempenho diferente, isso porque existem outros fatores

que influenciam na velocidade do processamento, como por exemplo, a qualidade da

placa-mãe ou a velocidade de acesso à memória.

(30)

(31)

(32)

(33)

Figura 1.6. Processadores da Intel e da AMD.

Imagens retiradas da Internet. Disponíveis em

<http://www.3dnews.ru/UCP/athlon64fx-p4ee/>,

<http://www.viabrasil.net/index.asp?

secao=6&categoria=81&subcategoria=125>,

<http://www.clubic.com/jour-express-23-02-2004.html> e <http://www.infowester.com/processadores2.php

express-23-02-2004.html> e <http://www.infowester.com/processadores2.php

>. Acesso em 01/07/2007.

1.1.2 Placa-mãe [LVC02],

1.1.2 Placa-mãe [LVC02], [MOR02], [EMER05]

[MOR02], [EMER05]

A placa-mãe (d

A placa-mãe (do inglês

o inglês

Motherboard)Motherboard)

, também chamada placa de CPU por ser a

placa que acomoda o processador, ou ainda

mainboard mainboard

, por ser a principal placa do

computador, é a responsável pela interconexão de todos os dispositivos que formam o

computador. Se o processador é o

computador. Se o processador é o “cérebro” do computador, pode-se dizer que a

“cérebro” do computador, pode-se dizer que a

placa-mãe é o sistema nervoso.

(34)

(35)

(36)

(37)

“Ela não é apenas o componente mais complexo, mas também o que mais

influenci

influencia a

a a estabilidad

estabilidade e

e e as possibilidad

as possibilidades de expansão do

es de expansão do sistema. Portanto, usar

sistema. Portanto, usar

uma placa de CPU de baixa qualidade (e em conseqüência, de baixa confiabilidade)

coloca a perder toda a confiabilidade e desempenho do computador.”

Na placa-mãe há encaixes para todos os componentes do computador. O

processador fica encaixado em um soquete próprio para ele (nesse modelo de

placa-mãe ele possui cor branca, está

mãe ele possui cor branca, está na parte superior). Os

na parte superior). Os pentes de memória são

pentes de memória são

encaixad

encaixados ao

os ao lado do processador (nos soquetes azuis e pretos). As

lado do processador (nos soquetes azuis e pretos). As placas de

placas de

expansão são encaixadas nos

slotsslots

mais embaixo. Há também um bloco de

conectores para os periféricos (todos esses componentes serão vistos com detalhes

mais adiante).

No mercado existem placas-mãe de várias marcas e modelos, com

No mercado existem placas-mãe de várias marcas e modelos, com preços e

preços e

qualidad

qualidades diferentes. Algumas das

es diferentes. Algumas das marcas mais conhecidas são: Asus,

marcas mais conhecidas são: Asus, Abit,

Abit,

Gigabyte, Soyo, PC Chips, MSI, Intel e ECS.

1.1.3 Memória

O estudo dos diferentes tipos de

O estudo dos diferentes tipos de memória que compõem um computador se

memória que compõem um computador se

baseia em [LVC02], [EMER04], [EMER07], [MICMEMO], [INFO] e [VIP].

Em informática, fazem parte da memória de

Em informática, fazem parte da memória de um computador todos os

um computador todos os

dispositivos que são usados para armazenar dados e instruções, seja de forma

temporária ou permanente. Pode-se dizer que depois da UCP, a

temporária ou permanente. Pode-se dizer que depois da UCP, a parte mais

parte mais

importante de um computador é a memória.

Em um

Em um mesmo computador existem vários tipos de

mesmo computador existem vários tipos de memórias, organizada

memórias, organizadass

hierarqui

hierarquicamente de acordo com três

camente de acordo com três características: custo, velocidad

características: custo, velocidade de acesso

e de acesso (a

(a

velocidade com que os dados armazenados na memória são acessados pelo

processador) e capacidade de armazenamento (a quantidade de informações que a

memória pode armazenar). Pode-se dividi-las em dois grandes grupos principais de

memória: a memória principal e a memória secundária.

1.1.3.1 Memória principal

A memória pri

A memória principal é aqu

ncipal é aquela que é acessa

ela que é acessada diretamente p

da diretamente pelo processa

elo processador e

dor e

armazena os dados de forma eletrônica. É formada por diversos tipos de memórias,

entre as quais as tão faladas memórias RAM e ROM.

“Se o processador é o principal componente de qualquer computador, a

memória RAM é a

memória RAM é a sua principal ferramenta de trabalho.” A

sua principal ferramenta de trabalho.” A memória RAM

memória RAM (do inglês

(do inglês

Random Access Memory

– Memória de

– Memória de Acesso Aleatório) armazena as informações

Acesso Aleatório) armazena as informações

que estão sendo utilizadas pelo processador. “Este tipo de

que estão sendo utilizadas pelo processador. “Este tipo de memória permite tanto a

memória permite tanto a

leitura como a gravação e a regravação de dados.” Os módulos, também chamados

(38)

(39)

(40)

(41)

A quantidad

A quantidade de memória RAM d

e de memória RAM de um computad

e um computador é um fator bastan

or é um fator bastante

te

importante. Quanto mais RAM o computador possuir, mais rápido será

importante. Quanto mais RAM o computador possuir, mais rápido será o seu

o seu

funcioname

funcionamento e mais

nto e mais facilmente ele suportará a execução de vários programas ao

facilmente ele suportará a execução de vários programas ao

mesmo tempo, do mesmo jeito que quanto mais avançados (ou “pesados”, como os

usuários dizem) são os programas que queremos utilizar, mais memória RAM será

necessária.

Outra característica da RAM é

Outra característica da RAM é a sua volatilidade, ou seja, “ela precisa ser

a sua volatilidade, ou seja, “ela precisa ser

constantemen

constantemente reenergizada para conservar os

te reenergizada para conservar os dados gravados.” Quando o

dados gravados.” Quando o

computador é desligado, todos os dados armazenados na memória RAM são

apagados. Por essa razão, antes de desligar o computador, se o usuário não quiser

perder seus dados, é necessário que ele os guarde ("salve") em um disco, que é uma