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INTRODUÇÃO Processador ou Microprocessador = UCP (CPU)

são termos equivalentes.

Gerenciam todos os recursos disponíveis no Sistema (coordenados pelos programas)

Executa somas e comparações entre números com velocidade extremamente elevada.

As funções da UCP são sempre as mesmas, os que as diferenciam é a estrutura interna e os conjuntos de instruções próprios

Microprocessadores M I B

Ciclo de InstruçãoLer (copiar) conteúdo de um endereço de memória no registrador do processador central;Comparar duas informações;Adicionar, subtrair dois números;Escrever palavra na memória ou dispositivo de saída.


Incompatibilidade de Sistema Operacional

(Win95 no Z80 ou no 8080)

Trabalha diretamente com a memória principal (RAM)

Função Processamento: Atividades relacionadas com a efetiva execução de uma operação (processar)O dispositivo principal : UAL - Unidade de Aritmética e Lógica. Componentes relacionados : Registradores(servem para armazenar dados a serem usados pela UALA interligação é efetuada pelo barramento interno da UCP.

Atividades realizadas pela UCP

Função Controle: Atividades de busca, interpretação e controle da execução das instruçõesÉ projetada para entender o que fazer, como fazer e comandar quem vai fazer no momento adequado.Dispositivos básicos : unidade de controle, decodificador, registrador de instrução, contador de instrução, "clock" e os REM RDM


Unidade de Aritmética e Lógica – UAL ou ULAExecuta realmente as operações matemáticas com os dados.

RegistradoresDestinados ao armazenamento de dados, pois servem de memória auxiliar da UAL.• Para transferir dados para a UAL• Armazena temporariamente o resultado de uma operação aritmética ou lógica realizada na UAL, podendo ser utilizado depois ou apenas para ser transferido para a memória.

Clock Gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo. Quantidade de pulsos por segundo define a unidade de medida(freqüência), a qual defini a velocidade da UCP. Unidade de medida é o Hertz (Hz) = 1 ciclo por segundo.


Unidade de Controle (UC)Dispositivo mais complexo da UCP. Possui a lógica necessária para realizar a movimentação de dados e instruções de e para a UCP, Controla a ação da UALRecebe instruções da unidade de E/S e as converte em um formato que pode ser entendido pela ULAControla qual etapa do programa está sendo executado. Registrador de Instrução (RI)Tem a função específica de armazenar a instrução a ser executada pela UCP.


Contador de InstruçãoRegistrador cuja função específica é armazenar o endereço da próxima instrução a ser executada.

Decodificador de InstruçãoUtilizado para identificar as operações a serem realizadas.Cada instrução é uma ordem para que a UCP realize uma determinada operação. Muitas instruções, cada uma possui uma identificação própria e única, a UC recebe a identificação e sinaliza adequadamente ao dispositivo certo da UCP.

Registrador de Dados de Memória (RDM) e Registrador de Endereços de Memória (REM)Utilizados pela UCP e memória para comunicação e transferência de informações.


Evolução Exponencial

Processador Ano de lançamento Transistores

8088 1978 29 mil

286 1982 134 mil

386DX 1985 275 mil

486DX 1989 1,2 milhões

Pentium 1993 3,3 milhões

Pentium Pro 1995 5,5 milhões

Pentium MMX 1996 4,5 milhões

Pentium II 1997 7,5 milhões

Pentium III 1999 25 milhões

Pentium IV 2001 42 milhões


Por que mais transistores ?

- Velocidade- Aumento do Microcódigo (Conjunto de Instruções)

Processador Novo Processador Anterior Nova Instrução = Conjunto de Instruções

mais instruções => mais tempo para decodificar => mais lento

Necessidade de novos recursos de aumento de desempenhopara que seja mais rápido :

PipelineCacheIntegração de C. A.Arquitetura Superescalar


Tecnologia CISC (Complex Instruction Set Computing)Computação Utilizando Conjunto Complexo de Instruções

Total do Conjunto de Instruções 20 % são realmente usadas por programas e S.O. (regra 80/20)

80% do tempo está se usando 20 %das instruções

Nova Idéia : RISC (Reduced Instruction Set Computing)Computação Utilizando Conjunto Reduzido de Instruções- poucas instruções- padronizadas- eliminação do microcódigo


Metodologia de linha de montagem ou pipelineEnquanto executava uma instrução teria partes ociosas

PIPELINE : enquanto está executando uma instrução, o processador já está lendo e decodificando a próxima instrução. (somente 486 em diante)


Processamento Paralelo

Máquinas paralelas podem ser divididas em três categorias (Flynn), baseando-se no número de fluxos de instruções e de dados que elas têm:

SISD (Single Instruction, Single Data)Fluxo único de instruções e de dados.


SIMD (Single Instruction, Multiple Data)Fluxo único de instruções e múltiplo de dados. (Pentium MMX)


MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data)Fluxo múltiplo de instruções e de dados


Categorias / Histórico (INTEL)


8086 (1978)• 1º processador de 16 bits • Grande fracasso, na época não existiam circuitos de apoio de 16 bits (restrito à sistemas corporativos)• Acessava até 1 MB de RAM • Coprocessador aritmético externo : 8087

8088 • Idêntico ao 8086, Internamente funciona com palavras binárias de 16 bits, externamente trabalha com 8 bits.• Permitiu seu uso em conjunto com periféricos de 8 bits, mais baratos na época, motivo da sua popularização. • Usado nos IBM PC e IBM XT• Velocidade de operação de 4,77 Mhz

Microprocessadores M I B80286 Palavras de 16 bits (interna e externamente) Lançado quando já existiam circuitos de apoio de 16 bits a preços acessíveis, tendo espantosa aceitação. Coprocessador aritmético, o 80287 Avanço sobre o 8086 Operação em: "Modo Real" e o "Modo Protegido"

Modo Real se comporta como um 8086 (apesar de mais rápido) Total compatibilidade com os programas já existentes.

Modo Protegido incorpora funções mais avançadas :- Capacidade de acessar até 16 MB de RAM (Address de 20 para 24 bits- Multitarefa - Memória Virtual em disco- Proteção de Memória

Microprocessadores M I B80286 • Ligando :Modo Real com certa instrução Modo Protegido• Problema : quando em Modo Protegido, incompatível com os programas escritos para 8088• Estando em Modo Protegido não havia uma instrução para voltar para o Modo Real ( só re-startando)• Poucos foram os programas capazes de usa-lo• Computadores com processadores 286 utilizados como XT's mais rápidos


386 (1985)• Trabalha interna e externamente com palavras de 32 bits,• Acessar até 4 GB de memória RAM• Pode alternar entre o modo real e o modo protegido• Desenvolvidos vários S.O. que usam modo protegido 386 (Win3.1, OS/2, Win95 e Win-NT)• Criação de Memória Cache (na placa mãe)

• Exigia periféricos de 32 bits (muito caros na época)• Intel lançou versão do 386 de baixo custo (386 SX) interno=32 bits externo=16 bits (386 original = 386 DX) • Placas mãe baratas usando os mesmos componentes das placas 286.• Coprocessadores aritméticos 80387SX e o 80387DX •AMD também lançaram seus modelos de 386.


486DLC e 486SLC (Cyrix)• Nada mais eram do que processadores 386(respectivamente o DX e o SX) que possuíam um cache interno de 8 KB, usando placas de 386. • Devido ao cache tinha desempenho bastante superior ao 386• Podia-se trocar apenas o processador, tornando boa opção de upgrade de baixo custo

Microprocessador 80386. AMD e Intel


486 • Manteve praticamente o mesmo número de instruções • Aumento muito superior em desempenhoNovidades :• Co-processador matemático integrado (Versão DX)• Memória Cache Interna (8 kB DX2 16 kB DX4)• Memória Cache Externa• Características importantes do 386:

• Manipulação de dados de 32 bits,• Acesso a 4 GB de RAM

• 486DX50 50 Mhz (int) 50 Mhz (ext)• 486DX2-50 50 Mhz “ 25 Mhz “• 486DX2-66 66 Mhz “ 33 Mhz “ • 486DX4-75 75 Mhz “ 25 Mhz “ • 486DX2-100 99 Mhz “ 33 Mhz “


Clock (Mhz)Empresa Modelo

Externo InternoCache (L1)

AMD Am5x86-133 33 133 16 kBAMD Am5x86-160 40 160 16 kBCyrix Cx5x86-100 33 100 16 kBCyrix Cx5x86-120 40 120 16 kB

PENTIUM • Mudou tática do nome (não podia registrar nome-número) • Barramento de dados de 64 bits• Memória Cache L1 16 kB 8 kB dados 8kB instruções• Previsão de Desvio (Controlador de Cache se antecipa)• Arquitetura Superescalar (Como 2 x 486 em paralelo)• Multiprocessamento (dual Pentium)• Co-processador Matemático 10x + rápido)• CPU-ID



Clock (ext) Fator de Multiplicação / Clock (int)(MHz) 1 x 1,5 x 2 x 2,5 x 3 x

50 Pentium-75 Pentium-12560 Pentium-60 Pentium-90 Pentium-120 Pentium-150 Pentium-18066 Pentium-66 Pentium-100 Pentium-133 Pentium-166 Pentium-200

AMD K5 • Compatível da AMD• Desempenho bastante semelhante ao Pentium• Perde apenas no desempenho do coprocessador aritmético que é mais lento • Não se tornou muito popular devido lançamento atrasado• Quando saíram versões 100 e 133 MHz do K5• Intel já havia lançado as versões de 166 e 200 MHz do Pentium

Ficando difícil a concorrência


PENTIUM MMX (Multi Media eXtension)• Memória Cache L1 32 kB 16 kB dados 16 kB instruções• 2 Conj. de Instruções : 1 Tradicionais + 1 MMX (57 novas) • Não alterou modo de operação (não necessitou novos S.O.)• Compartilha o circuito do co-processador• Novo Conceito SIMD (processa vários dados “simultâneo”)

Clock (ext) Fator de Multiplicação / Clock (int)(MHz) 2,5 x 3 x 3,5 x

66 Pentium MMX-166 Pentium MMX-200 PentiumMMX-233


• Ganho de desempenho (para dados pequenos 8 bits)

AMD K6 Concorrente para o Pentium MMX• Cache L1 de 64 KB, contra os 32 KB do MMX• Capaz de executar apenas 1 instrução MMX /ciclo de clock contra 2 do Pentium MMX• Coprocessador aritmético interno bem mais lento que do Pentium• Aquecimento exageradoA escolha depende da aplicação Para jogos ou edição de imagens : o MMX Aplicações mais corriqueiras :o K6 é superior (e mais barato)


Microprocessadores M I BAMD K6-2 • 27 novas instruções aos seus processadores K6-2 (3D-Now)• Objetivo : agilizar processamento de imagens 3D, funcionando junto com placa aceleradora 3D• Velocidade de barramento de 100 MHz • Versões a partir de 300 MHz• Compatível com as instruções MMX, mas executa apenas 1 instrução/ciclo clock contra 2 dos Intel• Fabricados com tecnologia de 0.25 mícron, garante menor dissipação

Microprocessadores M I BCyrix 686MX • Concorrente da Cyrix contra MMX da Intel• Cache L1 de 64 KB e usa soquete 7• Performance em aplicações Windows = K6 (mesmo clock)• Coprocessador aritmético é ainda mais lento do que K6• Muito fraco desempenho em jogos e aplicativos gráficos que tem uso intenso de cálculos • Aplicações de escritório (Office), ótima opção devido ao baixo preço• Família MX Versões PR150, PR166, PR200, PR233 e PR266686MX PR266 = 225 MHz (3x 75MHz)


Cyrix MII • Nada mais é do que uma continuação da série 686MX• Alcançando índices PR 300, 333, 350 e PR400

Cyrix Media GX • É um 6x86MX acrescido de circuitos controladores de memória e cache• Também controladores de vídeo e som• Mercado de PCs de baixo custo e principalmente a notebooks.• Em portáteis vantagem de pouco consumo (autonomia da bateria)• Em desktops poucas possibilidades de upgrade (placa mãe específica)• Usado somente em computadores de arquitetura fechada

Microprocessadores M I BPENTIUM PRO• Projeto para ser usado em servidores de rede • Acesso a 64 GB de memória (36 bits)• Arquitetura CISC / RISC (Núcleo RISC Decod. CISC)• Arquitetura Superescalar (3 canalizações) • Memória Cache L2 Integrada ao processador

• Multiprocessamento : Pode trabalha até 4 em paralelo

• Erro de Projeto : Perde ao processar instruções de 16 bits(Novas funções atingem bom desempenho para 32 bits)


Clock (ext) Fator de Multiplicação / Clock (int)(MHz) 2,5 x 3 x

60 Pentium Pro-150 Pentium Pro-18066 Pentium Pro-166 Pentium Pro-200

Microprocessadores M I BPENTIUM II• Utiliza o núcleo do Pentium Pro e a tecnologia MMX • Novo Encapsulamento SEC e SLOT 1• Memória Cache L2 não mais Integrada ao processador, mas no cartucho SEC (Porém com metade da freqüência)


• Multiprocessamento : Pode trabalha até 2 em paralelo

• Solucionou erro de projeto do Pentium Pro: Decodificadorotimizado para instruções de 16 bitsClock (ext) Fator de Multiplicação / Clock (int)

(MHz) 3,5 x 4 x 4,5 x 5 x66 Pentium II-233 Pentium II-266 Pentium II-300 Pentium II-333

100 Pentium II-350 Pentium II-400 Pentium II-450 Pentium II-500

Microprocessadores M I BCeleron (Mercado de PC's de baixo custo)• Perdendo terreno para K6 e o 6x86MX, Intel lançou versão de baixo custo do Pentium II• Versões de 266 e 300 MHz. • É um Pentium II desprovido do Cache L2 • Performance do equipamento cai em mais de 30%• Perde até para mais antigos (o MMX, o K6 e o 6x86 MX)• Celeron de 266 MHz INFERIOR a 233 MMX (maioria das aplicações)• Ponto a favor : Coprocessador aritmético =do Pentium II (muito mais rápido do que o do MMX ou do K6)

Celeron A (Mendocino) • Celeron não conseguiu uma boa aceitação no mercado• Intel equipa novas versões do Celeron com 128 KBytes de cache L2 • L2 ao contrário Pentium II funciona na mesma velocidade do processador. • É menos de 5% mais lento Pentium II• Mesmo que 4 vezes menos de cache, nele, este funciona ao dobro da velocidade


Microprocessadores M I BPentium Xeon • Basicamente a mesma arquitetura do Pentium II• Cache L2 mesma velocidade do processador (= Celeron Mendocino e no Pentium Pro)• Versões com 512, 1024 e 2048 KB de cache • Velocidades de 400 e 450 MHz• Novo Encapsulamento (Usa SLOT 2)• Multiprocesamento (até 8 processadores numa placa compatível)

Clock (ext) Fator de Multiplicação / Clock (int)(MHz) 4 x 4,5 x 5 x 5,5 x

100 PII Xeon-400 PII Xeon-450 PII Xeon-500 PII Xeon-550

Microprocessadores M I BPentium III • 70 Novas instruções • Versões com BUS de 100 (0,25 m) e 133 MHz (0,18 m)• Cache L2 : 512 kB half-speed

256 kB full-speed

•Encapsulamento SEPP e FC-PC-PGA• Tecnologia MMX2 (Utiliza mais o co-processador)• Co-processador Superescalar (MMX, MMX2 e Aritméticas)

Microprocessadores M I BPentium IV • Arquitetura Netburst

• Composta por 4 componentes :• Hyper Pipelined Technology,• Rapid Execution Engine,• Execution Trace Cache e• Bus de 400MHz

Hyper Pipelined Technology Pentium III 10 estágiosAthlon 11 estágiosPentium 4 20 estágios ( + estágios freqüências mais altas)

- Problema com muitos estágios na “decisão errada”(dobro do tempo para processar a decisão correta)

Bus de 400 MHz Barramento operando a 100 MHzMas com 4 transferências por cicloEquivale a um barramento de 400 MHz

Porém o barramento é equivalente à velocidade do acesso à memória RAM


Rapid Execution Engine • P3 possui (1) ALU (1) GLU e (1) ALU complexa• P4 reforço nas unidades de inteiros do processador.• Possui 5 unidades de processamento de inteiros :

• 2 ALUs processam as instruções mais simples• 2 GLUs encarregadas de ler e gravar dados • 1 ALU encarregada de decodificar e processar as instruções complexas

(2 ALUs em || na freq. do nucleo, teoricamente o dobro de freq.)

SSE2 ("Double Precision Streaming SIMD Extensions“)• São 144 novas instruções de ponto flutuante de dupla precisão. Mesma função das SSE do PIII e do 3D-Now (Athlon) : “Melhorar o desempenho do processador em aplicativos de ponto flutuante”• As instruções do P4 são muito mais poderosas que os conjuntos anteriores• Pode literalmente salvar a pátria do Pentium 4(caso realmente um grande número de aplicativos sejam bem otimizados para as novas instruções)

Microprocessadores M I BApesar das 2 ALUs instr. simples serem mais rápidas, (compensando a perda de desempenho dos 20 estágios de Pipeline)ALU de instr. complexas não teve evolução.

Usando 20 estágios de Pipeline tornou-se mais lenta que a do P3.

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