Monografia (Evolução dos Processadores)

Instituto Paulista de Ensino e Pesquisa Curso Ps Graduao em Gesto e Desenvolvimento de Sistemas

GLADYS ZAMPIERI LATORRE

A Evoluo dos Processadores

CAPINAS


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2005 GLADYS ZAMPIERI LATORRE

A Evoluo dos ProcessadoresMonografia apresentada Faculdade de Ps Graduao IPEP, como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de ps graduando em Gesto e Desenvolvimento de Sistemas.

Orientador: Profa. Fernanda Machado Freitas

CAMPINAS


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2005


Monografia apresentada Faculdade de Ps Graduao IPEP, como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Ps Graduando em Gesto e Desenvolvimento de Sistemas. .

Data da aprovao: ____/ ____/ ____ ___________

Nota:

Banca Examinadora:

___________________________________ Prof.

___________________________________ Profa. Ms Fernanda Machado Freitas


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Dedico, aos meus filhos Aramis e Arthur por terem aceito se privar de minha companhia pelos estudos, concedendo a mim a oportunidade de me realizar ainda mais.


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AGRADECIMENTOS

A Deus, que permite sempre que minha vida seja repleta de momentos de aprendizado. A professora Fernanda que atravs de sua competncia, organizao e dedicao me orientou durante a elaborao desta pesquisa. Aos professores em geral que nos mostraram a importncia dos

gestores nos dias atuais, sua influncia no ambiente de trabalho, no meio social. Aos meus filhos que souberam conviver com minha ausncia e sempre me apoiaram nos momentos em que o cansao falava mais alto.


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LATORRE, Gladys Zampieri. A Evoluo dos Processadores. Campinas, 2005. p 58. Monografia (Graduao) IPEP Campinas.

RESUMOEsta pesquisa trata da evoluo dos processadores, desde as primeiras mquinas mecnicas que utilizavam vlvulas, passando pelos primeiros processadores, simples, mas uma grande evoluo para a poca, pelos processadores responsveis pela difuso de micros pessoais e a sua grande utilizao na indstria, at processadores atuais que utilizam tomos ao invs de circuitos construdos com silcio. O avano vertiginoso deste e de outros componentes dos computadores permitido principalmente pela miniaturizao, colocou os processadores no topo das tecnologias desenvolvidas nos ltimos anos. Faremos diversas comparaes entre os modelos que se sucederam ao longo da histria dos processadores, o que mudou de um processador para outro, porque alguns caram to rpido no esquecimento e outros se tornaram to populares. Mostraremos como os processadores atuais so construdos, como eles funcionam e mantm a compatibilidade com componentes de modelos anteriores. Faz parte desta pesquisa, descrever o que nanotecnologia e como ela afeta o desenvolvimento dos processadores e a sua relao com todas as outras reas em que possvel aplicar tecnologia. A espantosa escalada tecnolgica dos processadores afeta todas as reas do conhecimento humano, na rea de sade, estudos tm sido feitos na direo da criao de membros, substituio de articulaes e especula- se a criao de microscpicos robs que possam ser injetados no corpo humano podendo chegar exatamente onde houver um problema atacando- o sem que outras clulas tenham que ser destrudas como acontece hoje em tratamentos convencionais. Os economistas podero ter ferramentas de apoio para tomadas de deciso muito mais rpidas o que diminuir sensivelmente os erros que temos hoje em funo de no conseguirmos trabalhar com muitas hipteses e estabelecer um caminho mais seguro a tomar. Abordaremos os processadores qunticos e a semelhana entre o que aconteceu no incio da fabricao dos processadores que utilizam silcio como matria prima e estes processadores que utilizam tomos e suas reaes. Com este material queremos buscar reflexes sobre a evoluo dos computadores e a possibilidade da humanidade dedicar- se inteiramente ao que melhor sabe fazer: Pensar.


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Palavras - chaves: processador; nanotecnologia; processadores qunticos.


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LATORRE, Gladys Zampieri. A Evoluo dos Processadores. Campinas, 2005. p 58. Monografia (Graduao) IPEP Campinas.

ABSTRACTThis research deals with processors evolution, since the first mechanical valve machines, the first simple processors, a great evolution at that time, show the processors responsible for the personal computers diffuse and its large utilization in the industry, until actual processors construct with atom technology instead of been made by silicon. Specially because the miniaturization, the processors and others components dizzy advancement will permit to put the processors on the top of the technology innovation. We will do several comparisons between models during the processors history, what have changed from one processor to another, why some of them became forgotten so quickly and others became so popular. We will show how the actual processors are made of, how they work and maintain the component compatibility with old processors. It is part of this research describe what is nanotechnology, how it works with processors and its relationship with areas where it is possible to apply technology. The amazing processors technological ascent affect all the human areas knowledge, in the medical area studies are made to create limbs, substitute complex limbs connections and in the future we will create microscope robots that will be injected in human bodies to achieve the illness destroy it and cause nothing for the other cells, instead of what happen today in conventional treatments. Economists will have support tools to fast decide about the better way to follow. It will reduce today errors. Today we cant work with hypothetical solutions and establish security ways using, for instance, artificial intelligence. We will approach the quantic processors, the similarity between what happened in the beginning of the processors development, made by silicon and quantic processor whose material are atoms and its reactions. Based on this material we would like to consider about the computer evolution and the man possibility of to entire dedicate what they really better do: Think

Key- words: processors; nanotechnology; quantic processors.


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LISTA DE ILUSTRAESTabela Pgina Figura 1 Vlvula usada na dcada de 17 40 ............................................ Figura 2 Waffer de 37 Silcio .................................................................... Figura 3 Desenho do 40 Transistor....................................................... Figura 4 Processador 41 AMD...................................................................


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LISTA DE TABELASTabela Tabela 1 Tamanho dos Transstores....................................................... Tabela 2 Recursos disponveis projeto........................................ Pgina 44 para o 47


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SUMRIOINTRODUO..........................................................................................................13 1 HISTRICO DOS PROCESSADORES ...............................................................18 1.1 Processador 286 .............................................................................................20 1.2 Processador 386 .............................................................................................21 1.3 Processador 486 .............................................................................................21 1.4 Processador Pentium .....................................................................................22 1.5 Processador Pentium Pro...............................................................................23 1.6 Processador Pentium II..................................................................................23 1.7 Processador Pentium III.................................................................................24 1.8 Processador Pentium IV.................................................................................25 1.9 Processador Celeron ......................................................................................26 1.9 Processador XEON..........................................................................................27 2 DIFERENAS ENTRE PROCESSADORES.........................................................29 2.1 Plataformas utilizadas nos processadores..................................................29 2.2 Comparaes..................................................................................................30 2.2.1 8086 x 8088 ............................................................................................31 2.2.2 8086 x 286 ..............................................................................................31 2.2.3 286 x 386 ................................................................................................32 2.2.4 386 x 486 ................................................................................................33 2.2.5 486 X Pentium .........................................................................................35 2.2.6 AMD x Cyrix ............................................................................................35 2.2.7 Pentium MMX x Clssico .....................................................................36 2.2.8 AMD x Pentium MMX............................................................................36 3 COMO SO CONSTRUDOS OS PROCESSADORES E COMO ELES FUNCIONAM .............................................................................................................38 3.1 Como Funciona o Processador .....................................................................39 3.2 Como so Fabricados os Processadores.....................................................40 4 NANOTECNOLOGIA...........................................................................................45 4.1 O que Nanotecnologia ................................................................................45 4.2 Nanotecnologia e o Brasil...............................................................................49 Item ............................................................................................................................50 5 PROCESSADORES QUNTICOS.........................................................................51 5.1 Como funcionam os processadores qunticos............................................53 6 TENDNCIAS.......................................................................................................56 CONCLUSO.............................................................................................................59


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REFERNCIAS...........................................................................................................62


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INTRODUO

A presente pesquisa tem processadores, suas implicaes

por

objetivo,

mostrar

a evoluo dos para

nos

aplicativos

desenvolvidos

computadores, a miniaturizao como um processo constante desde as vlvulas at os processadores que conhecemos hoje, as tendncias futuras, como a nanotecnologia que influenciar nossas vidas e a economia brasileira. Os estudos sobre o assunto apontam para processadores qunticos que utilizaro tomos e suas diversas associaes ao invs da corrente eltrica utilizada hoje. Queremos mostrar como so fabricados os processadores apresentando conceitualmente os processadores do fabricante Intel, desde os primeiros processadores at os atuais. Esta pesquisa tem o intuito de desvendar conhecimentos pouco difundidos sobre os processadores, sua influncia no mundo atual, apresentar os impactos, as tendncias e discuti - las traando um paralelo entre a evoluo das vlvulas, primeiros processadores, os

processadores atuais e os processadores qunticos uma tendncia ainda em estudo. Processador definido no dicionrio Michaelis como:Dispositivo de hardware ou software capaz de manipular ou modificar dados de acordo com instrues. Processador Auxiliar: a) microprocessador separado (num sistema) que executa certas funes sob o controle de um processador central; b) processadores extras, especializados (um processador numrico, por exemplo), que


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pode trabalhar junto com um processador principal, melhorando o desempenho. (MICHAELIS,2005, p.549)

Segundo Murphi, mais conhecido por suas teorias pessimistas, a capacidade dos processadores deveria dobrar a cada ano, infelizmente isto no ocorreu a no ser entre um e outro modelo, mas a evoluo dos processadores foi, provavelmente, a mais acentuada em toda a obra

tecnolgica de toda a humanidade. A capacidade deles cresceu de forma espantosa, trazendo benefcios nas mais diversas reas. No foram somente as empresas que se beneficiaram da velocidade em que a produo pode ser aumentada. A tecnologia tem sido aplicada em todas as reas do conhecimento humano e tem proporcionado atravs da

nanotecnologia, leia- se aqui, processo de miniaturizao dos processadores e componentes em geral, chegarmos a locais nunca antes imaginados. "Nanmetro" segundo o dicionrio Michaelis Submltiplo do metro, igual a 10- 9m , um bilionsimo de metro da mesma forma que um milsimo de metro chama- se "milmetro". "Nano" um prefixo que vem do grego antigo e significa "ano". Portanto, o grande segredo para esta evoluo vertiginosa pode ser contado em uma nica palavra: miniaturizao. Foi justamente a

miniaturizao dos transistores que permitiu criar o circuito integrado, em seguida o microchip e continuar permitindo criar processadores com cada vez mais transistores e operando a freqncias cada vez mais altas. Para se ter uma idia do quanto as tcnicas de construo de processadores evoluram, o 8088 possua apenas 29,000 transistores, 35.000.000 de transistores. enquanto o Pentium 4 tem


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Essa tecnologia abre a possibilidade de criao de produtos e solues nas mais diversas reas. Pensa- se em processadores de dados muito mais compactos, potentes e velozes que os atuais, encontrados em nossos computadores pessoais; mecanismos autmatos, como robs, em dimenses minsculas que poderiam atuar inclusive na rea da sade; ou ento equipamentos montados a partir de estruturas minsculas que possam vir a substituir membros ou rgos humanos. A fim de desenvolver esta anlise no primeiro captulo apresentaremos conceitualmente processadores desde o modelo Intel 8088 at o Xeon (l- se Zon), traando um perfil da evoluo em algumas dcadas que

revolucionaram o uso de equipamentos domsticos e de

servidores para

grandes ou pequenas aplicaes, trata- se de um histrico que mostra a clara tendncia de miniaturizao. Desde o ENIAC (Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer), composto por 17,468 vlvulas e capaz de processar 5.000 adies, 357 multiplicaes e 38 divises por segundo, projetado para realizar vrios tipos de clculos de artilharia para ajudar as tropas aliadas durante a Segunda Guerra Mundial at o Xeon MP de 64 bits lanado em maro de 2005, o

ltimo membro da famlia Intel de processadores que ainda no tinha uma verso de 64 bits: o Xeon MP. O Xeon MP um processador voltado para servidores multiprocessados contendo quatro ou mais processadores, baseado na microarquitetura do Pentium 4. No segundo captulo estabeleceremos as diferenas entre os

processadores analisados, o que mudou de um modelo para o outro, tornando- os mais rpidos ou mais economicamente viveis. Como os


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aplicativos desenvolvidos foram sendo adaptados para melhor utilizar as novas estruturas dos processadores e porque alguns deles foram to rapidamente substitudos por outros modelos. No terceiro captulo mostraremos como construdo atualmente um processador, desde a fabricao do chip que tem como matria- prima bsica, fatias muito finas de um cilindro de silcio, de 20 a 30 centmetros de dimetro, fundido a alguns produtos qumicos at o encapsulamento do chip formando o processador. Aqui tambm abordaremos como funciona um

processador as caractersticas que determinam a sua performance e o que determina sua escalabilidade e compatibilidade com perifricos antigos ou atuais. No poderamos deixar de dedicar um captulo especial para a

nanotecnologia aplicada a processadores, sua escalada nos ltimos anos. Segundo Cylon Gonalves da Silva que fsico e idealizador do Centro Nacional de Referncia em Nanotecnologia:A nanotecnologia extremamente importante para o Brasil, por que a indstria brasileira ter de competir internacionalmente com novos produtos para que a economia do pas se recupere e retome o crescimento econmico. Esta competio somente ser bem sucedida com produtos e processos inovadores, que se comparem aos melhores que a indstria internacional oferece. (SILVA, 2005, p.2)

Outro assunto que merece destaque e ilustra o quinto captulo desta pesquisa so os estudos realizados para construo de processadores qunticos. Temos, atualmente, um cenrio parecido com o do incio da dcada de 50, quando surgiu o transistor. O mercado de vlvulas estava estagnado, no havia previso de mais nenhuma grande evoluo neste setor. A miniaturizao estava avanando a passos cada vez menores, mesmo assim


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poucos acreditavam que os transistores pudessem substituir as vlvulas. Isto demorou quase uma dcada, mas de fato aconteceu. Ainda existem vrias outras possibilidades a serem exploradas, mas a prxima fronteira parece ser mesmo a dos computadores qunticos. Por que usar filamentos e eletricidade, se podemos usar tomos e energia, um tomo muito menor que um transistor, e j que a miniaturizao a tendncia, parece ser a evoluo mais lgica. Para finalizar, mostraremos as tendncias, o que tem acontecido no mundo todo, onde os processadores esto sendo aplicados, quais so as pesquisas mais recentes o que os cientistas tem proposto. Numa reflexo

livre, especula- se o que est por vir nas prximas dcadas. Como estas tendncias influenciaro e modificaro a vida das pessoas, a reao do mercado mediante a informatizao constante dos processos chamados braais e como a humanidade caminhar ao lado destes avanos tecnolgicos. Busca- se levantar reflexes sobre a relao existente entre o avano dos computadores e a possibilidade da humanidade se dedicar ao que melhor sabe fazer: Pensar.


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1 HISTRICO DOS PROCESSADORES

O processador a parte mais importante do computador, o "crebro" da mquina. Alm de controlar as outras partes do micro, faz com que ele consiga executar funes como operaes matemticas, elaborao de textos e armazenamento de dados. Para fazer esses trabalhos, o processador utiliza uma linguagem numrica chamada de binria, que transforma em zeros e uns, toda a informao que circula pelo computador, sejam nmeros, letras ou instrues. Quanto mais sofisticado for o processador, mais funes ele

consegue realizar e com maior velocidade. Para falar dos processadores, precisamos antes fazer um breve histrico dos computadores, assim, melhor se entende a vertiginosa escalada na construo dos processadores em um perodo to curto de tempo.

Computadores j existiam no sculo XIX, mecnicos, acionados por manivelas, realizavam clculos atravs de um sistema de engrenagens, comuns em caixas registradoras da poca. J no final do sculo surgem os rels, dispositivos eletromecnicos, formados por um magneto mvel que se deslocavam unindo dois contatos metlicos, usados nas centrais telefnicas. O alto custo, o tamanho exagerado, a lentido, os rels demoravam mais que um milsimo de segundo para fechar um circuito, acabaram por inviabilizar estes equipamentos. Surgem ento, no final da dcada de 40 os primeiros computadores eletrnicos usando vlvulas, utilizados com


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propsitos militares para codificao e decodificao de mensagens e clculos de artilharia, baseavam- se no fluxo de eltrons no vcuo, o princpio termoinico. Estes computadores tinham custos exagerados, altos consumos de eletricidade e problemas com aquecimento. Destaca- se em 1945 Analyzer o ENIAC (Electronic Numerical Integrator

and Computer ). Composto por 17.468 vlvulas e capaz de

processar 5.000 adies, 357 multiplicaes e 38 divises por segundo, ocupava um pavilho inteiro e foi projetado para realizar vrios tipos de clculos de artilharia. A programao era feita atravs de 6.000 chaves manuais. A cada novo clculo, era preciso reprogramar vrias destas chaves e o resultado era dado de forma binria atravs de um conjunto de luzes.FIGURA 1 - Vlvula

Fonte: Morimoto(2002)

Apesar da complexidade das vlvulas e dos muitos esforos para conseguir o seu aperfeioamento, vrios pesquisadores comearam a procurar outras alternativas. O primeiro projeto do transistor surgiu em 16 de dezembro de 1947, utilizava bloco de germnio, um dos semicondutores mais pesquisado na poca e trs filamentos de ouro. Um filamento era o plo positivo, o outro, o negativo, enquanto o terceiro tinha a funo de controle. Assim, a vlvula foi substituda pelo transistor que gastava uma frao da eletricidade gasta por ela e, ao mesmo tempo, era muito mais rpido.


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Durante a dcada de 50, os modelos foram sendo aperfeioados e substituram as complexas vlvulas. Uma grande evoluo ocorreu com a substituio do germnio pelo silcio o que permitiu reduo de custos e miniaturizaes. Com eles surgiram os primeiros computadores pessoais j na dcada de 70. O primeiro microchip , o 4004, foi lanado pela Intel, em 1971, bastante rudimentar, processava apenas 4 bits por vez e operava a apenas 1 MHz.O clock uma forma de indicar o nmero de instrues que podem ser executadas a cada segundo (ciclo). Sua medio feita em Hz (sendo que KHz corresponde a mil ciclos, MHz corresponde a 1000 KHz e GHz corresponde a 1000 MHz. Algumas instrues podem precisar de vrios ciclos para serem executadas, enquanto outras, uma ciclo s (http:/ / www.infowester.com/ processadores2.php , 16.05.2005)

O processador 4004 demorava 10 ciclos para processar cada instruo, ou seja, processava apenas 100.000 instrues por segundo. Pouco tempo

depois, a Intel lanou um novo processador que fez sucesso durante muitos anos, o 8080, um processador de 8 bits que operava a 2 MHz .

1.1 Processador 286

Na dcada de 80, surgiu o primeiro PC (Personal Computer ), lanado pela IBM, sem disco rgido, com 2 unidades de disquetes e apenas 64 KB de memria o que era suficiente para rodar a maioria dos programas da poca.Bit (b) - menor informao que um computador pode processar. Corresponde a um pulso eltrico. Se existe, tem valor 1 e, se no existe, tem valor 0. Isto forma o cdigo binrio (0- 1). Por ser muito pequeno, no utilizado para medir memria. No entanto, a unidade de medida da capacidade de processamento dos computadores._Byte (B) - conjunto de 8 bits; representa um caractere. Kilobyte (KB) - conjunto de 1024


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Bytes. Megabyte (MB) - conjunto de 1024 KB ou 1 048 576 Bytes._Gigabyte (GB) - conjunto de 1024 MB ou 1 048 576 KB ou 1 073 741 824 Bytes. (http: / / www.vasy.com/dicas/curso / hardware/salto.htm, 05.05.2005)

A partir daqui, surge a segunda gerao de processadores sendo o processador 286 o seu nico exemplar. Este processador tomou de assalto os processadores da primeira gerao, trazendo diferenas significativas. Um marco no desenvolvimento dos processadores.

1.2 Processador 386

O prximo processador, o 386, foi o primeiro processador totalmente de 32 bits, ou seja, ele operava tanto internamente quanto externamente a 32 bits. Este processador continuou a ter uma modalidade real para manter compatibilidade com os processadores anteriores. Mas o modo protegido era mais evoludo que o do processador 286. Foi a partir daqui que comearam a aparecer os sistemas operacionais multitarefa, habilidade para poder executar vrios programas em separado, protegidos um da capacidade destrutiva do outro. Os sistemas operacionais grficos s se tornaram possveis com este novo recurso do processador 386.

1.3 Processador 486


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J o processador 486 foi um melhoramento do 386. Foram adicionadas algumas instrues e a verso original possua coprocessador matemtico interno e no em um circuito parte, como era antigamente. Dessa forma, a velocidade de processamento matemtico inerente ao processador. Unidade de Ponto Flutuante (FPU, Floating Point Unit ) outro nome pelo qual o coprocessador matemtico tambm chamado.

1.4 Processador Pentium

O processador seguinte foi o Pentium de 64 bits de barramento (basicamente, um conjunto de sinais digitais com os quais o processador comunica- se com o seu exterior, ou seja, com a memria, chips da placame, perifricos). A Intel registrou a marca Pentium para ter um nome prprio para novo e poderoso processador. Ele tinha vrios clocks internos diferentes e chegou a 200 MHz, possua cache interno, um banco de memria pequena, porm rpida, que armazena o contedo das ultimas posies de memria solicitadas pelo processador. Assim, o processador primeiro consulta o cache e se o contedo da posio necessria j estiver no cache , no ser necessrio esperar que ele seja transferido da memria. Na verdade, um processador Pentium so dois processadores 486 em um s com um algoritmo de processamento paralelo. O processador Pentium foi lanado no mercado em Maro de 1993, algumas instrues foram agregadas, mas a melhora de desempenho que destaca o Pentium em relao aos anteriores, a partir dele foi usado, nos


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processadores da famlia Intel, o recurso do paralelismo. Assim, todas as operaes possveis so desmembradas em operaes elementares e

executadas aos pedaos.

1.5 Processador Pentium Pro

A seguir, foi desenvolvido o processador Pentium Pro ele monitora 20 a 30 instrues frente no software , antecipando- os, analisa quais instrues so dependentes de cada resultado, criando uma lista otimizada dessas instrues. Baseadas nesta lista, instrues so carregadas especulativamente. Isto permite que ele consiga realizar trs instrues em um nico ciclo, agilizando o trabalho em sistemas que utilizam processamento paralelo.

1.6 Processador Pentium II

O Microprocessador Pentium II foi lanado em fevereiro de 1997, sendo compatvel com todas as arquiteturas Intel anteriores. Ele um processador baseado no Pentium Pro, com cache L1 separada de dados e instrues de 16 KB, cache L2 interna de 512 KB e suporte para a tecnologia MMX (Math Matrix Extensions). Estruturalmente, a principal alterao do Pentium II foi utilizar um conector em vez de um soquete para efetuar a montagem na placa me. A Intel tambm utilizou a tecnologia AGP (Advanced Graphics Support ), que um conjunto de chips grficos com acesso dedicado memria principal do


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computador, memria ECC e compatibilidade com discos rgidos com ultra DMA (Dynamic Memory Access ). Podemos observar que, em dois momentos, houve um aumento significativo das instrues dos processadores, a primeira vez em 1985 no lanamento dos chips 386 que viabilizaram o conceito de multitarefa e com o MMX em que foram adicionadas 57 novas e poderosas instrues

especificamente desenhadas para manipular e processar dados de vdeo, de udio e grficos eficientemente. Essas instrues so orientadas s seqncias altamente repetitivas e paralelas geralmente existentes nas operaes de multimdia. Estas instrues so capazes de manipular dados agrupados em pacotes de 64 bits enquanto que as instrues existentes at ento manipulavam dados de 8 ou 16bits. Estas instrues usam um processo chamado Instruo nica de Mltiplos Dados (SIMD) que permite que uma operao, em vez de ser executada em um nico bloco, possa ser executada ao mesmo tempo em vrios blocos de 8 e 16 bits tornando o processamento muito mais rpido. O tamanho do cache passou para 32 KB no processador Pentium com tecnologia MMX. Assim, mais instrues e dados podem ser armazenados no chip , reduzindo o nmero de vezes que o processador tem para acessar reas de memria mais lentas para obter informao.

1.7 Processador Pentium III


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Os primeiros modelos de Pentium III, lanados no mercado eram montados em um cartucho parecido com o usado pelo Pentium II, chamado SECC-2. Esses modelos so encaixados na placame atravs de um conector. Tempos depois, foi lanado um outro modelo de processadores Pentium III, onde o sistema de encaixe um soquete. Os primeiros modelos de Pentium III utilizavam um circuito de cache de memria que trabalhavam na metade da freqncia de operao do processador. Os modelos seguintes tinham um

cache que trabalhava na mesma freqncia de operao do processador. Uma importante inovao do Pentium III foi a utilizao da tecnologia SSE (Streaming instrues. Alm SIMD Extentions ) que era um conjunto de 70 novas disto, utilizava arquitetura com dois barramentos

independentes (DIB) (Dual Independent Bus Architecture ).Quando o processador trabalha com a memria, ele faz uso de um "barramento de endereos" (tambm chamado de "clock externo"), pois atravs de um "endereo" que o processador localizar os dados que precisa e que esto armazenados na memria do computador. (http:/ / www.infowester.com/ processadores2.php , 13.05.2005)

Assim como no Pentium II o processador Pentium III adotou o sistema de memria cache externa ao processador.

1.8 Processador Pentium IV

O Pentium IV um processador de sexta gerao, assim como ocorre com o Pentium Pro, Pentium II, Pentium III e Celeron. Em outras palavras, apesar de usar um novo nome, esse processador usa a mesma estrutura interna de seu antecessor, Pentium III. Com algumas modificaes para torn-


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lo mais rpido, A sua Unidade Lgica Aritmtica (ULA ou ALU) responsvel pelas operaes elementares (soma, subtrao, multiplicao e diviso) e pelas decises lgicas isto , comparaes entre informaes; por exemplo, decidir se 5 3, trabalha com o dobro do clock interno do

processador, aumentando o desempenho em clculos usando nmeros inteiros. O processador Pentium IV contm 144 novas instrues em relao tecnologia SSE ("MMX2") que usada pelo Pentium III. A novidade o uso de registradores de 128 bits, permitindo a manipulao de mais dados pequenos por vez (16 dados de 8 bits por vez). O Pentium IV conversa com a memria RAM usando 128 bits por vez. Esse processador continua sendo um processador de 32 bits, pois utiliza a mesma arquitetura bsica do 386. A nomenclatura "processador de 32 bits" ou "processador de 64 bits" normalmente refere- se ao software que o

processador poder executar

1.9 Processador Celeron

A idia do Celeron mantendo

ser o processador mais simples da Intel, Muitas caractersticas so

uma boa relao custo/benefcio.

similares no Pentium IV e no Celeron, onde as unidades lgicas aritmticas (ULA), trabalham no dobro da freqncia do ncleo do processador. As instrues deste processador aceleram a operao de aplicaes que tenham sido compiladas usando estas instrues. Aplicaes tpicas que se


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beneficiam dessas instrues so codificao de vdeo, sincronizao de threads e converso de nmeros de ponto flutuante em inteiros. As instrues SSE3 utilizam o conceito SIMD (Simple Instruction, Multiple Data ), que foi introduzido com as instrues MMX: uma s instruo substitui tarefas que antes necessitariam de vrias instrues para serem efetuadas.

1.9 Processador XEON

Desde o Pentium II, para cada processador que a Intel lana, ela lana tambm uma verso voltada para o mercado de servidores. Essa verso chamada Xeon (pronuncia- se "zon"). Significa que o processador reconhece mais memria RAM, permite trabalhar em ambiente multiprocessado (com placasme com vrios processadores instalados sobre ela) e possui um desempenho muito maior que os processadores convencionais. A configurao de multiprocessamento simtrico ( ter mais de um processador em seu micro) no funciona em sistemas operacionais comuns como o Windows 9x e o Windows ME e os recursos oferecidos pelas placasme para esses processadores tm recursos caros que normalmente s so interessantes para servidores. Em maro de 2005 a Intel lanou oficialmente o ltimo membro de sua famlia de processadores que ainda no tinha uma verso de 64 bits: o Xeon MP. O Xeon MP um processador voltado para servidores multiprocessados contendo quatro ou mais processadores, baseado na microarquitetura do Pentium 4. Clocks de 2,83 GHz a 3,66 GHz, permitindo o endereamento de at 1 TB de

memria RAM. Memria cache L2 de 1 MB. Memria cache L3 de at 8 MB (a quantidade exata depende do modelo). Esta memria est localizada no corpo


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do processador, porm no em seu ncleo, sendo acessada no clock externo do

mas em uma pastilha ao lado, processador. Permite que os

processadores da mquina diminuam o seu clock dependendo da carga de uso do processador, economizando energia. Permitem tcnicas de memory sparing e espelhamento de memria (memory mirro r i n g ), tcnicas tambm conhecidas como "RAID de memria". Com a primeira tecnologia, se o processador encontra um mdulo de memria queimado, ele automaticamente desabilita aquele mdulo. Esta tecnologia pode desligar somente um dos chips do mdulo caso exista somente um chip queimado. J o espelhamento permite que o contedo de uma memria seja copiado para outro em tempo real e caso um mdulo de memria se queime, o mdulo de backup continua ativado e no h qualquer perda de dados. O Xeon MP, ao contrrio do Xeon "simples", permite que os mdulos de memria sejam trocados com o servidor ligado (hot swap ).


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2 DIFERENAS ENTRE PROCESSADORES

O processador o principal componente de um computador, isto to notrio que os computadores so chamados pelos nomes de seus

processadores. Contudo, importante entender que o desempenho de um computador no determinado apenas pelo processador, e sim pelo trabalho conjunto de todos os componentes. Caso apenas um desses componentes oferea uma performance muito baixa, o desempenho do computador ficar seriamente prejudicado.

2.1 Plataformas utilizadas nos processadores

Para

iniciar

um

comparativo

entre

processadores

importante

esclarecer, antes, que existem duas plataformas que so utilizadas nos processadores, a plataforma RISC e a CISC. Um processador CISC (Complex Instruction Set Computer ), capaz de executar vrias centenas de instrues complexas, sendo extremamente verstil. Exemplos de processadores CISC so os 386 e os 486. No comeo da dcada de 80, a tendncia era construir chips com conjuntos de instrues cada vez mais complexos, mas alguns fabricantes resolveram seguir o caminho oposto, criando o padro RISC (Reduced Instruction Set Computer ).


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Ao contrrio dos complexos CISC, os processadores RISC so capazes de executar apenas algumas poucas instrues simples. Justamente por isso, os chips baseados nesta arquitetura so mais simples e muito mais baratos. Outra vantagem dos processadores RISC, que por terem um menor nmero de circuitos internos, podem trabalhar com clocks mais altos. Um processador RISC capaz de executar instrues muito mais rapidamente. Assim, em conjunto com um software adequado, estes processadores so capazes de desempenhar todas as funes de um processador CISC, compensando as suas limitaes com uma velocidade maior de operao. Atualmente, vemos processadores hbridos, que so essencialmente processadores CISC, porm que possuem internamente ncleos RISC. Assim, a parte CISC do processador pode cuidar das instrues mais complexas, enquanto que o ncleo RISC pode cuidar das mais simples, nas quais mais rpido. Parece que o futuro nos reserva uma fuso destas duas tecnologias. Um bom exemplo de processador hbrido o Pentium Pro.

2.2 Comparaes

Alguns processadores fracassaram

porque no existiam componentes

que os acompanhassem ou sistemas escritos de forma a aproveitar as instrues que neles existiam.


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2.2.1 8086 x 8088

Um grande exemplo de fracasso o processador 8086, na poca no existiam circuitos de apoio que trabalhassem a 16 bits. J o processador 8088 foi popularizado porque apesar de funcionar a 16 bits externamente

trabalhava com palavras de 8 bits. Isto permitiu o seu uso em conjunto com perifricos muito mais baratos.

2.2.2 8086 x 286

Trs grandes diferenas importantes diferenciavam o processador 286 dos processadores anteriores, a capacidade de utilizar at 16 MB de memria, dezesseis vezes mais que os da gerao anterior, a criao da memria virtual que permitiu ao processador utilizar outras fontes de memria externas para simular memria interna e a multitarefa de hardware . No significa que o processador era capaz de executar multitarefa real como conhecemos hoje. Esta a multitarefa cooperativa, onde o processador executa os programas em intervalos, pulando de um para o outro numa velocidade to alta que os programas parecem estar rodando simultaneamente. O processador 286 podia trabalhar em modo protegido e real (como trabalhavam os de primeira gerao) o que manteve a compatibilidade entre geraes. Programas eram executados em pores protegidas da memria, individualmente. Problemas em determinada aplicao no afetariam as outras.


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O 286 trabalhava usando palavras de 16 bits tanto interna quanto externamente. Foi lanado quando j existiam circuitos de apoio 16 bits a preos acessveis, conseguindo uma espantosa aceitao. No modo real, o 286 se comporta exatamente como um 8086, apesar de mais rpido, oferecendo total compatibilidade com os programas j existentes. J no modo protegido, ele incorpora funes mais avanadas, como a capacidade de acessar at 16 MB de memria RAM, multitarefa e memria virtual em disco. O problema que, quando em modo protegido, o 286 deixava de ser compatvel com os programas escritos para 8088. E uma vez em modo protegido, no havia uma instruo que o fizesse voltar para o modo real, somente reiniciando o computador. Assim, apesar de oferecer os recursos do modo protegido, poucos foram os programas capazes de us- lo.

2.2.3 286 x 386

J o processador 386 trabalhava interna e externamente com palavras de 32 bits, ao contrrio do 286, ele podia alternar entre o modo real e o modo protegido. Foram ento desenvolvidos vrios sistemas operacionais como o Windows 3.1, OS/2, Windows 95 e Windows NT que funcionavam usando o modo protegido do 386 enquanto que era possvel utilizar antigos aplicativos em DOS no modo real. Muito rpidos para as memrias RAM existentes na poca, tinham que esperar os dados serem liberados pela memria RAM para poder concluir as suas tarefas, perdendo muito em desempenho. Para solucionar esse problema, foram inventadas as memrias cache (SRAM). Esta memria cache um tipo de memria ultra- rpida que armazena os dados da


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memria RAM mais usados pelo processador, evitando que o processador tenha que buscar dados na memria convencional. O 386 exigia o uso de perifricos de 32 bits, muito caros para a poca, por isso, a Intel lanou uma verso do 386 de baixo custo, que internamente trabalhava a 32 bits, porm externamente funcionava a 16 bits, possibilitando o uso de componentes do processador 286. O processador 386 j permitia o uso dos co- processadores aritmticos.

2.2.4 386 x 486

O processador 486 no trouxe nenhuma grande inovao a no ser a velocidade, ele cerca de duas vezes mais rpido do que um 386 de mesmo clock . Como o 386, ele trabalha a 32 bits, a diferena foi o acrscimo de um cache interno (L1) e da adoo de um coprocessador aritmtico interno que tem a funo de auxiliar o processador principal no clculo de nmeros fracionrios, ou de ponto flutuante. Em aplicaes que fazem uso intenso deste tipo de clculo, como programas grficos e jogos com grficos poligonais, a presena deste auxiliar indispensvel. Apesar do processador principal tambm ser capaz de executar tais funes, isto prejudicaria muito o desempenho. Por isso, a partir dos computadores 486, o coprocessador passou a ser um item obrigatrio. Foram lanadas vrias verses do 486, foi criado o recurso de Multiplicao de Clock que consiste em fazer o processador trabalhar internamente a uma freqncia maior do que a placa me e os demais componentes do computador. Assim, apesar do processador trabalhar sua


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velocidade nominal, ele comunica- se com os demais componentes na freqncia da placa me. Os custos diminuem quando se trata de

desenvolvimento de processadores e no de outros componentes, para melhorar a velocidade. Outra novidade trazida pelos processadores 486 foi a necessidade do uso de um ventilador (cooler ) sobre o processador para evitar que ele aquea demais. O uso do cooler obrigatrio em todos os modelos de processadores posteriores.


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2.2.5 486 X Pentium

O processador Pentium apresenta basicamente duas vantagens em relao ao 486, a primeira, que ao contrrio do 486, o Pentium acessa a memria usando palavras binrias de 64 bits. So processados dois bits por vez ao contrrio de apenas um o que melhora a velocidade de acesso s memrias, ajudando a solucionar o problema da lentido da memria RAM. Funciona internamente com dois processadores de 32 bits distintos, sendo capaz de executar 2 instrues por ciclo, preservando tambm a

compatibilidade com programas escritos para processadores mais antigos. A segunda que o Pentium possui um cache L1 de 16 KB embutido e trabalha com velocidades de barramento de 50 a 66 MHz, o que somado maior velocidade de acesso memria RAM, o torna cerca de 2 vezes mais rpido do que um486 de mesmo clock . Como no 486, os processadores Pentium possuem um coprocessador aritmtico embutido e usam multiplicador de clock .

2.2.6 AMD x Cyrix

O processador O processador AMD 586 foi lanado pela AMD pouco depois do lanamento do Pentium pela Intel. Ele usa placas de 486 a nica

diferena que ele um pouco mais rpido. A Cyrix tambm lanou um processador muito parecido, chamado de Cyrix 586. O AMD K5 oferece um desempenho bastante semelhante ao Pentium da Intel. Perde apenas no


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desempenho do coprocessador aritmtico que mais lento, no se tornou popular porque a Intel antecipou- se tornando a concorrncia difcil.

2.2.7 Pentium MMX x Clssico

O Pentium MMX bastante semelhante ao Pentium Clssico, foram adicionadas 57 novas instrues que visam melhorar o desempenho do processador em aplicaes multimdia e processamento de imagens. Nestas aplicaes, algumas rotinas podem ficar at 4 vezes mais rpidas com o uso das instrues MMX. necessrio, porm, que o software faa uso de tais instrues, caso contrrio no haver nenhum ganho de perfor mance . Foi aumentado tambm o cache primrio (L1) do processador, que passou a ser de 32 KB o que o torna cerca de 10% mais rpido do que um Pentium clssico, mesmo em operaes que no faam uso das instrues MMX.

2.2.8 AMD x Pentium MMX

O processador

AMD K6 semelhante ao Pentium MMX, apresenta

vantagens e desvantagens sobre ele. O K6 possui um cache L1 de 64 KB, contra os 32 KB do MMX, porem, capaz de executar apenas uma instruo MMX por ciclo contra duas do concorrente, perdendo em aplicativos que faam uso destas instrues. O coprocessador aritmtico interno tambm bem mais lento do que o encontrado nos processadores Pentium, por isso, o K6 perde tambm em aplicativos que faam muito uso de clculos de ponto flutuante como a maioria dos jogos, por exemplo.


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Outro problema do K6 o aquecimento exagerado apresentado por esse processador, apesar das limitaes, o K6 mais veloz do que um MMX, de mesmo clock , em muitas aplicaes. Os processadores no- Intel, tipicamente

apresentam um desempenho matemtico inferior ao dos processadores Intel .


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3 COMO SO CONSTRUDOS OS PROCESSADORES E COMO ELES FUNCIONAM

Algumas caractersticas so essenciais para determinar a performance de um processador, a freqncia do relgio (clock ), estabelece o sincronismo para a comunicao entre os elementos do hardware (memria, processador, perifricos). executadas Quanto maior for o clock , mais O barramento operaes podero interno e externo ser dos

ao mesmo

tempo.

processadores tem evoludo em relao ao comprimento do cdigo que pode ser trabalhado em uma nica operao. Os primeiros processadores permitiam trabalhar com palavras de 8 bits, depois vieram os processadores de 16, 32 e atualmente estes trabalham com cdigos de 64 bits. Outro detalhe importante que a rpida evoluo dos processadores no acompanhada por muitas placas perifricas por questes econmicas equipamentos e para com permitir, tambm, a compatibilidade o processador barramento dos novos a

equipamentos

antigos

permite

comunicao com estas placas atravs de um

de menor

capacidade, ou seja, possvel mesmo para um processador 64 bits, trocar informaes com placas de 8, 16 ou 32bits. Um processador pode realizar todas as operaes com um nmero bem pequeno de instrues. Como os primeiros processadores eram de 8/16 bits, as instrues manipulavam ento 8 e 16 bits. Para garantir a compatibilidade


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com o processador anterior a cada novo processador so mantidas as anteriores e introduzidas novas instrues para garantir um aproveitamento maior do seu novo potencial Devido organizao dos programas, o processador geralmente acessa repetidas vezes durante o processamento as mesmas posies da memria ou a posies prximas desta. Criou- se ento o cache de memria, um banco de memria pequena porm rpida que armazena o contedo das ultimas posies de memria solicitadas pelo processador. Assim o processador primeiro consulta o cache e se o contedo da posio necessria j estiver no cache , no ser necessrio esperar que ele seja transferido da memria. Os primeiros processadores a terem cache possuam- no externos. Depois comearam a possuir um cache bem pequeno muito rpido, chamado de nvel um (L1), utilizado para armazenar instrues e dados da execuo dinmica do processador e um segundo mais lento (porm de acesso muito mais rpido que o da memria), chamado cache de nvel dois (L2), que armazena dados gerais da memria.

3.1 Como Funciona o Processador

A mudana de estado de um transistor feita atravs de uma corrente eltrica. Esta mudana de estado por sua vez pode comandar a mudana de estado de vrios outros transistores ligados ao primeiro, permitindo processar dados. Em um transistor esta mudana de estado pode ser feita bilhes de

vezes por segundo, porm, a cada mudana de estado gerada uma certa


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quantidade de calor e consumida uma certa quantidade de eletricidade. por isso que quanto mais rpidos tornam- se os processadores, mais eles se aquecem e mais energia consomem.

3.2 Como so Fabricados os Processadores

Quando se descobriu que era possvel construir vrios transistores sobre o mesmo waffer de silcio, cilindro de matria- prima fatiado muito fino, a fabricao de processadores teve o custo bastante reduzido O primeiro microchip comercial foi lanado pela Intel em 1971 e chamava- se 4004. Era um processador de apenas 4 bits transistores. O componente bsico para qualquer chip o waffer de silcio que obtido atravs da fuso do silcio com alguns produtos qumicos que permitem sua dopagem posteriormente. Inicialmente so produzidos cilindros, com de 20 a 30 centmetros de dimetro, que posteriormente so cortados em fatias bastante finas. Estas fatias por sua vez so polidas, obtendo os waffers de silcio. A qualidade do waffer determinar o tipo de chip que poder ser construdo com base nele. FIGURA 2 Waffer de Silcio composto por pouco mais de 2000


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Fonte: Morimoto (2002)

Cada waffer usado para produzir vrios processadores, que no final da produo so separados e encapsulados individualmente. So muitos os processos usados na fabricao de um processador. Imagine que o mesmo projeto ser repetido alguns milhes de vezes, formando um processador funcional. Tudo comea com o waffer de silcio em seu estado original, a primeira etapa do processo oxidar a parte superior do waffer , transformando- o em dixido de silcio. Isto obtido expondo o waffer a gases corrosivos e altas temperaturas. A fina camada de dixido de silcio que se forma que ser usada como base para a construo do transistor. Em seguida aplicada uma camada bastante fina de um material fotossensvel sobre a camada de dixido de silcio. Usando uma mscara especial, jogada luz ultravioleta apenas em algumas reas da superfcie. Esta mscara tem um padro diferente para cada rea do processador, de acordo com o desenho que se pretende obter. A tcnica usada aqui chamada de litografia ptica. A camada fotossensvel originalmente slida, mas ao ser atingida pela luz ultravioleta transforma- se numa substncia gelatinosa, que pode ser facilmente removida. Depois de remover as partes moles da camada


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fotossensvel temos algumas reas do dixido de silcio expostas, e outras que continuam cobertas pelo que restou da camada. O waffer banhado com um produto especial que remove as partes do dixido de silcio que no esto protegidas pela camada fotossensvel. O restante continua intacto. Finalmente, removida a parte que restou da camada fotossensvel. Como temos substncias diferentes possvel remover uma camada de cada vez, ora o dixido de silcio, ora a prpria camada fotossensvel. Com isto possvel desenhar as estruturas necessrias para formar os transistores. Cada transistor formado por vrias camadas, dependendo do projeto do

processador. Comea, ento, a construo da segunda camada do transistor. Inicialmente o waffer passa novamente pelo processo de oxidao inicial, sendo coberto por uma nova camada (desta vez bem mais fina) de dixido de silcio. Apesar da nova camada de dixido, o desenho conseguido

anteriormente mantido. Em seguida aplicada sobre a estrutura uma camada de cristal de silcio. Sobre esta aplicada uma nova camada de material fotossensvel. Novamente, o waffer passa pelo processo de litografia, desta vez utilizando uma mscara diferente e novamente, a parte da camada

fotossensvel que foi exposta luz removida, deixando expostas partes das camadas de cristal de silcio e dixido de silcio, que so removidas em seguida. Como na etapa anterior, o que restou da camada fotossensvel removida. Termina ento, a construo da segunda camada do transistor. Uma das principais etapas do processo de fabricao a aplicao das impurezas, que transformaro partes do waffer de silcio num material


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condutor. Estas impurezas tambm so chamadas de ons. Os ons aderem apenas camada de silcio que foi exposta no processo anterior e no nas camadas de dixido de silcio ou na camada de cristal de silcio. adicionada ento uma terceira camada, composta de um tipo diferente de cristal de silcio e novamente aplicada camada fotossensvel sobre tudo. O waffer passa novamente pelo processo de litografia, usando mais uma vez uma mscara diferente. As partes dos materiais fotossensveis expostas luz so removidas, expondo partes das camadas inferiores, que so removidas em seguida. A terceira camada do transistor est pronta, faltam apenas os trs filamentos condutores. Uma finssima camada de metal aplicada sobre a estrutura anterior. Nos processadores atuais, que so produzidos atravs de uma tcnica de produo de 0,13 mcrons, esta camada metlica tem o equivalente a apenas 6 tomos de espessura. O processo de aplicao da camada fotossensvel, de litografia e de remoo das camadas aplicado mais uma vez, com o objetivo de remover as partes indesejadas da camada de metal. Finalmente temos o transistor pronto.FIGURA 3 Desenho do transistor

A Evoluo dos ProcessadoresFonte: Morimoto (2002)

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Cada processador constitudo por vrios milhes de transistores. Um Pentium II possui pouco mais de 9 milhes de transistores. Um Pentium III j possui 22 milhes. Um Athlon possui 35 milhes de transistores, enquanto um Pentium 4 possui incrveis 42 milhes. Graas ao nvel de miniaturizao que temos atualmente, estas quantidades fabulosas de transistores ocupam uma rea muito pequena. Um Athlon, por exemplo, mede apenas 112 milmetros quadrados. Com isto, um nico waffer de silcio suficiente para produzir vrios processadores, que so separados no final do processo de fabricao . Finalmente, os processadores so encapsulados numa estrutura de silcio, que os protege e facilita o manuseio e instalao. O formato do encapsulamento varia de processador para processador.FIGURA 4 Processador AMD

Fonte: Morimoto(2002)


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4 NANOTECNOLOGIA

H mais de 2.500 anos, alguns filsofos gregos se perguntavam se a imensa variedade do mundo que nos cerca no pode ser reduzida a componentes mais simples. A prpria palavra tomo vem daquele tempo e significa indivisvel. A ltima frao da matria, segundo esses filsofos a parte fundamental de tudo o que existe, no poderia mais ser dividida em outras partes mais simples. Entre os gregos e a nossa poca, muito se aprendeu, sabemos que os tomos so formados por um ncleo positivo onde reside praticamente toda sua massa e por eltrons negativos, que circulam em torno do ncleo. Sabemos, tambm, que ocorrem naturalmente no universo apenas noventa e dois tipos de tomos diferentes e que esses tomos podem no ser o fim da histria, pois pode haver no universo, partculas ou alguma forma de energia ainda no descobertas.

4.1 O que Nanotecnologia

Instrumentos como o microscpio de tunelamento e outros estendem nossa viso at tamanhos na faixa de bilionsimo de metro. Um bilionsimo de metro chama- se nanmetro, da mesma forma que um milsimo de metro


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chama- se milmetro. Nano um prefixo que vem do grego antigo e significa ano. A nanotecnologia o desenvolvimento de tcnicas para manipulao direta de tomos e molculas. No futuro essas tcnicas sero usadas em inmeras aplicaes, como por exemplo, a construo de mquinas

microscpicas. A fabricao de chips uma rea que ruma cada vez mais ao uso da nanotecnologia. Os chips modernos so formados por milhes de transistores. Como j vimos a velocidade dos processadores aumentou muito enquanto que esta passando a utilizar a unidade nm (nanmetros) para medir os minsculos transistores que formam os chips . Um nm igual a 0,001 mcron, o mesmo que 0,000001 milmetro ou 0,000000001 metro. Com transistores menores, os chips ficam menores, o que reduz o seu custo de fabricao. Cada transistor passa a operar com menos corrente eltrica, e por isso o chip produz menos aquecimento. O chip pode passar a operar com clocks maiores e podem ser produzidos chips mais avanados. O processo de miniaturizao permitiu Intel criar novas verses do Pentium 4 com cache L2 maior (512 KB, contra 256 KB das primeiras verses). Permitiu tambm a AMD reduzir o aquecimento dos chips Athlon XP. Podemos afirmar que toda a evoluo dos chips , desde a sua criao em meados da dcada de 1960, se deveu miniaturizao dos seus transistores.


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TABELA 1 Tamanhos dos transistoresProcessador/Ano Intel 4004 (1971) 8088 (1979) 486 Pentium 60 MHz Pentium 100 MHz Pentium 166 MHz Pentium MMX Pentium III 350 MHz Celeron 366 (soquete) Pentium III Coppermine Athlon Thunderbird Pentium 4 Northwood Athlon Thoroughbred At 2005 (segundo a Intel) At 2010 (segundo a Intel) Tam. Transistor 15 mcrons 3 mcrons 1 mcron 0.80 mcron 0.60 mcron 0.40 mcron 0.35 mcron 0.25 mcron 0.22 mcron 0.18 mcron 0.18 mcron 0.13 mcron 0.13 mcron 0.07 mcron 0.03 mcron

Fonte: Riberiro(2005, p.1)

Especula- se que esta miniaturizao continuar pelo menos at o ano de 2015, utilizando os processos, at ento adotados, baseados no aumento da preciso ptica na fabricao. Como ocorre em todas as reas, a pesquisa est sempre vrios anos frente da produo. A tecnologia de 90 nm est pronta para ser utilizada, entretanto j existem prottipos em laboratrio com transistores muito menores, com at 8 nm. Obviamente muito ainda precisa ser feito para que possam ser produzidos em escala industrial. Mas esto


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previstas para os prximos anos, novas geraes de chips com 65, 45, 32 e 25 nm. Com o passar do tempo, os transistores que formam os chips sero to pequenos que sero formados por apenas algumas poucas camadas de tomos. Os processos atuais de projeo de raios ultravioleta no sero suficientes para manipular essas camadas de tomos de forma precisa. Ser preciso criar novos mtodos de manipulao atmica para a construo desses novos nanotransistores. A nanotecnologia estuda tambm novos processos. A Nanotecnologia tem Richard Feynman, um dos maiores fsicos do sculo XX, como pioneiro. Em 1959, em uma palestra no Instituto de Tecnologia da Califrnia, Feynman sugeriu que, em um futuro no muito distante, os engenheiros poderiam pegar tomos e coloc- los onde bem entendessem, desde que, claro, no fossem violadas as leis da natureza. Com isso, materiais com propriedades inteiramente novas, poderiam ser criados. Esta palestra, intitulada "H muito espao l embaixo" , hoje, tomada como o ponto inicial da nanotecnologia. A idia de Feynman que no precisamos aceitar os materiais com que a natureza nos prov como os nicos possveis no universo. O objetivo da nanotecnologia, seguindo a proposta de Feynman, o de criar novos materiais e desenvolver novos produtos e processos baseados na crescente capacidade da tecnologia moderna de ver e manipular tomos e molculas. Segundo Merkle, os mtodos atuais so muito rudimentares, compara a manipulao dos tomos com a manipulao de Legos utilizando luvas de boxing, voc pode movimentar os blocos, mas no exatamente como gostaria. Somente a evoluo da nanotecnologia nos far retirar estas luvas e permitir


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uma revoluo nas prximas dcadas com uma gerao de produtos mais precisos:Todays manufacturing methods are very crude at the molecular level. Casting, grinding, milling and even lithography move atoms in great thundering statistical herds. It's like trying to make things out of LEGO blocks with boxing gloves on your hands. Yes, you can push the LEGO blocks into great heaps and pile them up, but you can't really snap them together the way you'd like. In the future, nanotechnology will let us take off the boxing gloves. We'll be able to snap together the fundamental building blocks of nature easily, inexpensively and in most of the ways permitted by the laws of physics. This will be essential if we are to continue the revolution in computer hardware beyond about the next decade, and will also let us fabricate an entire new generation of products that are cleaner, stronger, lighter, and more precise. (MERKLE, 05.05.2005)

4.2 Nanotecnologia e o Brasil

Os pases desenvolvidos investem muito dinheiro na nanotecnologia, portanto a nanotecnologia extremamente importante para o Brasil por que a indstria brasileira ter de competir internacionalmente com novos produtos para que a economia do pas continue com competio somente ser bem sucedida crescimento econmico. Esta com produtos e processos

inovadores, que se comparem aos melhores que a indstria internacional oferece. Isto significa que o contedo tecnolgico dos produtos ofertados pela indstria brasileira ter de crescer substancialmente nos prximos anos e que a fora de trabalho do pas ter de receber um nvel de educao em cincia e Tecnologia muito mais elevada do que o de hoje. Este um grande desafio. Existe hoje uma produo cientfica significativa no Brasil, nos temas de manipulao de nanoeletrnica h projetos sendo executados por empresas, isoladamente ou em cooperao com universidades ou institutos de pesquisa.


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Isto evidencia a existncia de uma preocupao de incentivar, mobilizar as mais diversas reas nas atividades de nanotecnologia. O Governo Brasileiro, atravs do Ministrio da Cincia e Tecnologia, tem o Plano Plurianual 2004 2005, Desenvolvimento da Nanocincia e

Nanotecnologia, cujo objetivo definido pelo Grupo de Trabalho do Projeto.O objetivo do Programa criar e desenvolver novos produtos e processos em Nanotecnologia, implementando- os para aumentar a competitividade da indstria nacional e capacitando pessoal para o aproveitamento das oportunidades econmicas, tecnolgicas e cientficas da Nanotecnologia. Seu impacto dever impulsionar vrios setores da economia: eletroeletrnica, veculos e equipamentos de transportes, tecnologia da informao, construo civil, qumica e petroqumica, energia, agronegcio, biomedicina e teraputica, tica, metrologia, metalurgia, produo mineral, proteo e remediao ambiental. Alm disso, haver um impacto sobre reas estratgicas como as de segurana nacional, pessoal, patrimonial e alimentar . (AS, Gilberto Fernandes, de 2003,

p. 8).

A tabela a seguir apresenta os recursos do tesouro nacional e/ou de outras fontes, inclusive os Fundos Setoriais, necessrias execuo deste Programa.

TABELA 2 Recursos disponveis para o projeto

ItemImplanta o de Laboratrio s e redes de nano tecn ologia

200471.130.000

200571.130.000

200671.130.000

200771.130.000

Total284.520.00 0

Apoio s redes e laborat rios de nano tecn ologia

3.720.000

5.990.000

9.012.000

11.278.000

30.000.000

Gesto de progra m a

350.000

350.000

350.000

350.000

1.400.000

Pesquisa e Desenvolvimen t o em nanocincia e nano tecn ologia Total

21.500.000

21.500.000

21.500.000

21.500.000

86.000.000

96.700.000

98.970.000

101.992.00 104.258.00 0 0

401.920.00 0


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Fonte: S, Gilberto Fernandes de, (2003, p.28)

A esses recursos devero somar- se recursos de empresas e de rgos estaduais ou regionais, especialmente para as atividades de pesquisa e desenvolvimento em nanocincia e nanotecnologia. Ao final da execuo deste Programa, o Governo espera entre outros, alcanar a criao, expanso e consolidao de pequenas e mdias empresas de alta tecnologia,

desenvolvendo, produzindo e comercializando produtos nanotecnolgicos, gerar riqueza e empregos qualificados e bem remunerados, assim como, maior competitividade industrial em nvel internacional.

5 PROCESSADORES QUNTICOS

Os processadores continuam evoluindo e cada vez mais rpido. J se fala nos limites permitidos pelo uso do silcio e novos materiais e tecnologias despontam na indstria de semicondutores. No existe um limite muito bem definido sobre at onde os transistores poderiam ser miniaturizados. H alguns anos, boa parte dos projetistas acreditava que seria impossvel produzir transistores menores que 0.13 mcrons, hoje a Intel j transps esta barreira, mesmo usando silcio.


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Quando se reduz a quantidade de material utilizado para fabricar o processador, esbarramos nas possibilidades de alterao das propriedades dos materiais. Alm disso, quanto menor o transistor, menos eltrons so necessrios para mud- lo de estado. A 0.02 mcron so necessrias apenas algumas dezenas de eltrons, o que abre uma margem gigantesca para todo tipo de interferncia. Com exceo dos gases nobres, todos os materiais so instveis,

reagem com outros, formando molculas. A chave desta unio so sempre os eltrons. Ao retirar ou acrescentar um eltron de um tomo qualquer, faramos com que ele passasse a reagir com outros tomos prximos, que poderiam reagir com outros, gerando uma reao em cadeia. Isso lembra

muito o funcionamento dos processadores atuais, onde um impulso eltrico pode ser usado para abrir ou fechar um transistor, que faz com que outros adiante tambm mudem de estado, processando dados e permitindo que, por exemplo, voc possa ler textos na tela do seu PC. Este o principio bsico dos computadores qunticos, atualmente, eles necessitam de uma aparelhagem enorme para fazer qualquer coisa, como acontecia com os primeiros computadores. As molculas precisam ser resfriadas a uma temperatura prxima do zero absoluto e so necessrios aparelhos de ressonncia carssimos, que so usados para manipular os tomos. O computador quntico ainda tem pela frente vrias dcadas de evoluo. Um dos maiores problemas atuais descobrir uma forma de manter as molculas estveis temperatura ambiente Esta tecnologia precisa ser desenvolvida e aperfeioada sendo que um dos pontos mais importantes para sua viabilizao a reduo de custos.


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Segundo o Prof. Newton Frateschi da Unicamp em entrevista cedida ao jornalista Paulo Henrique Amorim (na ocasio do anncio da Intel sobre o

transistor de 0,02 mcron),Com certeza, os computadores qunticos, que nem so uma realidade to distante assim sero muito mais poderosos que os atuais, muito mais poderosos at mesmo que os que teremos daqui a 10 anos. No ser de uma hora para a outra, mas algumas dcadas provocam verdadeiras revolues. Comparar um Deep Blue atual com "Handheld" do final do sculo ser como comparar um Eniac com um Athlon. O mais interessante que como num computador quntico, cada tomo tem potencial para substituir vrios transistores, existe um potencial de evoluo muito grande. Isso sem falar de que ainda existe muito a se descobrir no universo quntico .

(Frateschi, 2005- 05- 18)

5.1 Como funcionam os processadores qunticos

Num processador quntico, temos tomos ao invs de transistores. Ao invs de bits temos bits qunticos, ou qubits. A idia fundamental que num tomo, a rotao de cada eltron corresponde a um pequeno movimento magntico, que pode ser controlado caso o tomo seja colocado sobre uma superfcie magntica suficientemente sensvel. Enquanto um transistor permite apenas dois estados, ou seja, ligado ou desligado, cada qubit possui trs estados diferentes. Dois estados so determinados pela rotao dos eltrons, horrio ou anti- horrio, o terceiro estado a capacidade dos eltrons de girar simultaneamente nos dois sentidos. Assim, combinando com os dois estados anteriores temos um total de 4 estados possveis, o que permite que cada qubit processe ou armazene dois bits simultaneamente.


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A capacidade dos processadores qunticos segue uma progresso geomtrica permitindo que 10 qubits sejam suficientes para 1024 bits, enquanto 20 correspondem a mais de um milho. Isto mudar sensivelmente a capacidade de processamento dos computadores e clculos que os

computadores atuais levariam anos para resolver podero ser resolvidos em muito menos tempo.Ningum sabe com certeza o quo rpido as pesquisas nesta rea podero avanar. Pode demorar cem anos para vermos estas aplicaes que descrevi, ou pode demorar apenas duas ou trs dcadas. Como um campo muito novo, no se sabem de onde podem surgir as solues para os enormes problemas que ainda dificultam a vida dos pesquisadores.(MORIMOTO, Carlos E., 13.05.2005).

No incio de 2001,

na 12 Conferncia anual na universidade de Palo

Alto, a IBM anunciou seu primeiro computador quntico, um projeto bastante rudimentar, com apenas 5 qubits, trabalhando a 215 Hz, necessitando de um aparato gigantesco de equipamentos para funcionar. Neste projeto, o chip uma molcula com 5 tomos responsveis pelo processamento e alguns outros que interagem com estes cinco mudando seu estado, 5 qubits correspondem a 32 bits devido s possveis combinaes. Um dos problemas nesta experincia, foi como manter esta molcula estvel. A soluo encontrada foi conserv- la numa soluo altamente resfriada, numa temperatura prxima do zero absoluto. Outro foi como manipular os tomos que compe a molcula. A soluo dos projetistas da IBM foi usar radiao, num sistema semelhante ressonncia magntica que temos nos hospitais, porm muito mais preciso. As duas solues adotadas so muito caras e, portanto inviabilizam a comercializao destes

processadores.


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Contudo, abre caminho para pesquisas j se descobriu, por exemplo, que o caminho inicial que era manipular eltrons muito suscetveis a influncias externas era muito complexo e que a manipulao dos ncleos dos tomos torna o processo muito mais simples.Os cientistas do laboratrio nacional de Los Alamos, nos EUA, divulgaram experincias usando um sistema ptico para manipular prtons. A idia da nova tcnica que os prtons podem ser usados tanto na forma de partculas (a fim de interagir com os tomos que compe o sistema quntico), quanto na forma de onda, podendo ser transportados atravs de um sistema ptico. (MORIMOTO, Carlos E., 13.05.2005).

Alguns anos atrs, os computadores qunticos eram considerados fico cientfica, hoje j temos prottipos funcionando que podem torn- los realidade mais rpido do que podemos imaginar.


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6 TENDNCIAS

J possvel para processadores detectar quando um cdigo malicioso, como um vrus esta tentando rodar e automaticamente desabilitar o tal cdigo. Esta tecnologia conhecida por vrios nomes, como NX (No eXecute ), EVP (Enhanced Virus Protection ), XD (eXecute Disable ) ou DEP (Data Execution Protection ) e funciona criando, na memria RAM do micro, reas separadas para a execuo de programas e para o armazenamento de dados. Se um cdigo presente na rea reservada para o armazenamento de dados tentar ser executado, o processador percebe essa atitude como sendo algo suspeito e impede a execuo do cdigo. O processador no tem a capacidade de sozinho, remover o vrus do computador. Caso um micro com a tecnologia NX habilitada, seja infectado por um vrus, o processador avisar atravs do sistema operacional que tambm precisa reconhecer esta tecnologia, que o micro est possivelmente com um vrus e no o deixar rodar, de qualquer forma para remover o vrus ser necessrio passar um antivrus. Exemplos de processadores que j utilizam esta tecnologia so Athlon 64 e Opteron da AMD. A Intel planeja adot- la em futuros processadores Pentium 4, mas j a incorporou em processadores para servidores, Itanium, usando o nome XD, eXecute Disable .


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Outra grande tendncia so os processadores de 64 bits. necessrio ter um sistema de 64 bits compatvel com esta tecnologia para utilizar suas vantagens. Por enquanto, somente algumas verses de Linux so capazes de reconhecer esta tecnologia (SuSE SL9.1 e SLES9)., Nesta tecnologia ainda possvel rodar programas escritos para 32 bits. A principal vantagem desta tecnologia fazer com que o processador consiga acessar mais memria RAM. Os processadores sem esta tecnologia acessam a at 4 GB de memria RAM. J os processadores Pentium 4 srie 6 so capazes de acessar at 32 TB de memria RAM. Um bom exemplo para processadores de 64 bits o Xeon MP, um processador voltado para servidores multiprocessados contendo quatro ou mais processadores, baseado na microarquitetura do Pentium 4. Os novos processadores devero utilizar memria cache L3 localizada no corpo do processador, porm no em seu ncleo, mas em uma pastilha ao lado, sendo acessada no clock externo do processador. Outro recurso interessante o DBS (Demand Based Switching ), que permite que os processadores da mquina diminuam o seu clock dependendo da carga de uso do processador, economizando energia. J existem no mercado processadores com RAS (Reliability,

Accessibili ty and Support ) que permitem tcnicas de memory sparing e espelhamento de memria (memory mirro ri n g ), tcnicas tambm conhecidas como RAID de memria. Com a primeira tecnologia, se o processador encontra um mdulo de memria queimado, ele automaticamente desabilita aquele mdulo. Esta tecnologia pode desligar somente um dos chips do mdulo caso exista somente um chip queimado. J o espelhamento permite que o contedo


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de uma memria seja copiado para outro em tempo real e caso um mdulo de memria se queime, o mdulo de backup continua ativado e no h qualquer perda de dados. E no para por a, recursos antes especficos de discos rgidos agora podem ser encontrados nos processadores como o caso do hot swap que permite que os mdulos de memria sejam trocados com o servidor ligado. Outra grande tendncia da atualidade a robtica antes mera curiosidades, agora so mquinas capazes de tarefas sempre mais complexas j tm feiras comerciais e at eventos cientficos inteiramente dedicados a elas. O grande desenvolvimento da tecnologia dos sensores um dos fatores responsveis por esse aparentemente repentino deslanchar dos robs.

Infelizmente, at agora, nenhum rob possui nada que possa ser realmente chamado de inteligncia. Microprocessadores de ltima gerao, programas de inteligncia artificial, redes neurais e a ltima palavra em sensores conseguem gerar apenas seres com mobilidade reduzida e pouca capacidade de interao, quando os robs forem capazes de se movimentar livremente, j estar dado um passo gigantesco na sua utilizao prtica. Pesquisadores esto tentando reproduzir o crebro de um inseto para dar mobilidade aos robs, descobrir como reproduzir um crebro mesmo que muito simples como o dos insetos uma tarefa rdua que levar muito tempo, mas podemos imaginar o que trar para a humanidade com relao reconstruo, por exemplo, de membros do corpo humano.


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CONCLUSO

A evoluo dos processadores notria, sabemos que no para por aqui, muito ainda est por vir, por descobrir. Vivemos hoje um momento mpar, como o que ocorreu quando as vlvulas foram substitudas pelos transistores, o desenvolvimento dos transistores est chegando ao seu limite, os tomos. Os processadores so to pequenos que muito mais no podero ser diminudos. Hoje os processadores qunticos so uma forte tendncia e como no incio dos transistores, so caros, ainda precisam ser desenvolvidos para tornarem- se comerciais. uma tecnologia que assusta, pois trata de manipulao de tomos e como toda novidade tem adeptos e no adeptos. Como no passado, ir tornar- se uma realidade talvez ainda venhamos a descobrir outros tipos de energia, condutores e os rumos sejam mais uma vez alterados. Todas as reas do conhecimento humano foram beneficiadas com os avanos tecnolgicos, h alguns anos atrs as empresas comearam a informatizar - se e os primeiros PCs surgiram para num processo de aceitao muito rpido se incorporassem ao dia a dia da indstria. Cada vez mais velocidade tem sido exigida nos processos, o

processador mais rpido ajuda na tomada de deciso mais acertada, consegue trazer um maior nmero de informaes e informao precisa o diferencial que faz com que uma indstria seja mais competitiva que outra.


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A nanotecnologia tem sido um fator determinante, processadores compactos e muito mais potentes tm sido desenvolvidos, cada vez mais e menores transistores so agrupados em um nico processador, at o limite do tomo muito ainda pode ser desenvolvido. Desde o ENIAC, o primeiro grande computador idealizado para clculos de artilharia que os processadores exercem um fascnio nos pesquisadores, alguns arriscam dizer que a capacidade dos processadores pode crescer a uma progresso geomtrica o que faria com que em algumas dcadas os processadores que hoje se assemelham a crebros de insetos, estejam to evoludos que possam reproduzir crebros de outros animais e porque no o de seres humanos. Os avanos registrados at agora levam a crer que em um futuro no muito distante a nanotecnologia aplicada aos processadores ser capaz de criar recursos nunca antes imaginados. Tanto que os pesquisadores foram buscar na Fsica a palavra singularidade para definir a grande escalada tecnolgica dos processadores. A idia de singularidade que as tecnologias das vrias reas evoluam cada vez mais aceleradamente, se integrando e mudando rapidamente a realidade. O termo singularidade na fsica designa fenmenos to extremos que as equaes no so mais capazes de descrev- los, como buracos negros, lugares de densidade infinita, que levam as leis da cincia ao absurdo. Para os pessimistas as mquinas evoluiro tanto que sero capazes de dominar o Mundo, destruir a raa humana para terem a supremacia absoluta j que seriam capazes de reproduzir o crebro humano e super- lo em pouco


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tempo respeitando o crescimento em progresso geomtrica. O mundo se transformar numa matrix exatamente como prev o filme. Para os otimistas esta evoluo trar cura para doenas, minsculos robs sero injetados no corpo humano e podero buscar apenas as clulas doentes e destru- las sem causar dano para o restante do corpo. Membros, rgos podero ser reconstrudos ou substitudos por partes eletrnicas trazendo vida onde houver falta dela. Especulaes parte, o importante vislumbrar para as prximas dcadas a possibilidade de retirar do homem tarefas braais, permitir que o tempo gasto hoje com estas tarefas seja ocupado com o que de melhor o homen sabe fazer: PENSAR


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REFERNCIAS

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Monografia (Evolução dos Processadores)

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