Introdução
O processador, também conhecido como CPU, é peça
fundamental dos computadores. E não estamos falando apenas dos famosos PCs.
Celulares, video games, smartphones, tablets: todos esses dispositivos precisam
de processadores para funcionar. Esse componente tão vital é responsável por
carregar e realizar as operações aritméticas e lógicas de que os programas de
computador fazem uso. Portanto, nada funciona sem a famosa CPU.
Levou décadas para que chegássemos aos modelos atuais de
processadores. Na verdade, demoramos alguns anos para chegar também à ideia que
temos hoje de como uma CPU funciona. Antes, os softwares não eram compatíveis
com todos os modelos de computador, já que eles eram desenvolvidos
especificamente para cada máquina.
Isso estava relacionado ao fato de que cada computador
era como uma plataforma diferente. Muitas vezes, existia incompatibilidade até
mesmo entre modelos de um mesmo fabricante. Por incrível que pareça, isso não
chegava a ser uma barreira preocupante, visto que a produção de software ainda
não era alta e não existiam muitos programas disponíveis.
O Microprocessador (Processador)
O microprocessador, geralmente chamado apenas de
processador, é um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada
de decisão de um computador. Todos os computadores e equipamentos eletrônicos
baseiam-se nele para executar suas funções, podemos dizer que o processador é o
cérebro do computador por realizar todas estas funções, é tornar o computador
inteligente.
Um microprocessador incorpora as funções de uma unidade
central de computador (CPU) em um único circuito integrado, ou no máximo alguns
circuitos integrados. É um dispositivo multifuncional programável que aceita
dados digitais como entrada, ele processa de acordo com as instruções
armazenadas em sua memória, e fornece resultados como saída.
Microprocessadores operam com números e símbolos
representados no sistema binário.
O microprocessador é um circuito integrado formado por
uma camada chamada de mesa epitaxial de silício, trabalhada de modo a formar um
cristal de extrema pureza, laminada até uma espessura mínima com grande
precisão, depois cuidadosamente mascarada por um processo fotográfico e dopada
pela exposição a altas temperaturas em fornos que contêm misturas gasosas de
impurezas. Este processo é repetido tantas vezes quanto necessário à formação
da microarquitetura do componente.
Responsável pela execução das instruções num sistema, o
microprocessador, escolhido entre os disponíveis no mercado, determina, em
certa medida a capacidade de processamento do computador e também o conjunto
primário de instruções que ele compreende. O sistema operativo é construído
sobre este conjunto.
O próprio microprocessador subdivide-se em várias unidades,
trabalhando em altas freqüências. A ULA(Unidade Lógica Aritmética), unidade
responsável pelos cálculos aritméticos e lógicos e os registradores são parte
integrante do microprocessador na família x86, por exemplo.
Embora seja a essência do computador, o microprocessador
diferente do microcontrolador, está longe de ser um computador completo. Para
que possa interagir com o utilizador precisa de: memória, dispositivos de
entrada/saída, um clock, controladores e conversores de sinais, entre outros.
Cada um desses circuitos de apoio interage de modo
peculiar com os programas e, dessa forma, ajuda a moldar o funcionamento do
computador.
O número de transistores em um processador afeta
diretamente na velocidade e eficiência do mesmo. Com mais transistores, é
possível fazer uma tecnologia que se chama pipelining. Enquanto apenas uma
instrução pode ser processada por ciclo de clock, a tecnologia pipelining
autoriza que algumas instruções podem estar em vários estágios do processo. Por
exemplo, pode levar 4 ciclos de clock para alguma coisa ser processada. Durante
esses 4 ciclos pode se ter 3 outras instruções que estão sendo processadas em
diferentes estágios.
História
Sem dúvida um dos componentes do computador que evoluiu mais
rápido foi o processador (CPUA/UCP). Em apenas 20 anos a velocidade das CPUs
teve gigantescas mudanças.
Primeiro Processador do Mundo
Em Novembro de 1971, uma companhia chamada Intel, publicou a
introdução para o mundo do primeiro processador do mundo, o Intel 4004 (Patente
Americana #3,821,715), inventado pelos engenheiros da Intel Federico Faggin,
Ted Hoff e Stan Mazor. Após a invenção do circuito integrado que revolucionou o
mundo dos computadores, a única coisa a fazer era diminuir no quesito tamanho.
O chip Intel 4004 tinha tudo que um computador precisava para pensar em um
pequeno chip. Programar uma inteligência artificial em objetos inanimados se
tornou possível depois do lançamento desse revolucionário chip.
No final dos anos 60, muitos cientistas discutiram a
possibilidade de um computador em um chip, mas muitos sentiram que a tecnologia
de circuito integrado não estava tão avançada para se chegar a um chip como
esse que parecia um sonho. Mas o funcionário da Intel Ted Hoff pensou
diferente; ele foi o primeiro a reconhecer que a tecnologia MOS poderia fazer
um chip CPU (Central Processing Unit).
Hoff e o time da Intel desenvolveu esse chip com apenas
2,300 transistores em uma área de apenas 3 x 4 milímetros. Com um CPU de 4-bit,
registro de comando, decodificador, controle de decodificação, Controle de
monitoramento de comandos de máquina e registro de intervalo, o 4004 foi uma
grande invenção.
Os processadores de 64-bit ainda são baseados no 4004, e os
processadores ainda continuam sendo o produto que é produzido em massa que tem
mais de 5.5 milhões de transistores e executando milhões de cálculos por
segundo, esses números irão ser obsoletos rapidamente com a evolução dos
processadores.
Curiosidade: A nave espacial Pioneer 10 usou o
processador 4004. Foi lançado em 2 de março de 1972 e foi a primeira nave
espacial e processador a entrar no cinturão de asteróide.
Linha do Tempo dos Processadores
Primeira Geração de Processadores
- Intel 8086 (1978)
Esse chip não foi usado no primeiro PC, mas foi usado um
pouco depois em computadores que não foram tão importantes. Era um processador
de 16-bit e se comunicava com placas 16 de conexão de informação.
- Intel 8088 (1979)
Esse foi o primeiro chip usado no primeiro PC. Era um chip
16-bit, mas se comunicava via conexão 8-bit. Tinha 4Mhz e tinha apenas 1 MB de
RAM.
- NEC V20 e V30 (1981)
Clones do 8088 e 8086. Supostamente eram 30% mais velozes
que os originais da Intel.
Segunda Geração de Processadores
- Intel 80186
O 186 foi um chip muito popular. Muitas versões dele foram
projetadas para os compradores poderem escolher entre CHMOS ou HMOS, 8-bit ou
16-bit, dependendo da necessidade do usuário. Um chip CHMOS poderia rodar o
dobro de velocidade de clock do que um chip HMOS. Em 1990, a Intel lançou a
versão melhorada da família 186. Eles compartilhavam 1-micron e rodavam a 25MHz
em 3 volts.
- Intel 80286 (1982)
Um processador de 16-bit capaz de endereçar 16 MB de RAM.
Esse chip é capaz de trabalhar com memória virtual. O 286 foi o primeiro
processador “real”. Ele introduziu o conceito de modo protegido. Essa é a
habilidade de multitarefa, ter diferentes programas rodando separadamente mas
ao mesmo tempo. Essa habilidade não adiantou nada no sistema operacional DOS,
mas mais tarde sistemas operacionais como Windows, conseguiram usar esse novo
recurso. Esse chip foi usado pela IBM no Advanced Technology PC (AT). Rodava a
6 MHZ , mas mais tarde outras edições do chip rodavam a 20MHZ. Esses chips são
considerados pesa-papéis, mas algumas pessoas ainda usam ele.
Terceira Geração de Processadores
- Intel 386 (1988)
Esse foi o chip que começou tudo que vemos hoje. Com esse
chip, os Pc’s começaram a ser mais úteis que âncoras de barcos. O 386 o
primeiro processador de 32-bit para Pc’s. Ele consegue se comunicar com 4 GB de
memória real e 64 TB de memória virtual. Esse pequeno monstro podia ser usado
com um co-processador matemático, chamado de 80387. E também poderia usar cachê
de 16 bytes.
A versão reduzida do chip é o 386SX. Esse é o chip mais
barato para se produzir. Se comunicava com placas via 16-bit. O 386 chegava de
12.5MHz até 33MHz. Os processadores 386 foram desenvolvidos para serem de fácil
uso. Todos os chips da família 386 era compatíveis com o código binário com o
seu antecessor 186, isso significa que o usuário não precisa adquirir um novo
software para usá-lo. Além disso, o 386 oferecia um sistema de energia amigável
como a baixa necessidade de voltagem e também System Management Mode (SMM) que
é usado para economizar energia. Além de tudo, esse foi um grande passo para o
desenvolvimento de processadores. Ele deixou muitos padrões que são usados até
hoje.
Quarta Geração de Processadores
- Intel 486 (1991)
Essa foi a próxima geração de processadores. Ela trouxe o
cérebro do 386 com o co processador matemático, com isso ele se tornava muito
mais rápido. Esse processador já rodava a 120 MHz e ainda é usado nos dias de
hoje.
O primeiro membro da família 486 foi o 486SX. Era um
processador muito poderoso e muito avançado para seu tempo. Com esse avanço ele
tinha muitas inovações. O 486SX vinha com o 176 Lead Thin Quad Flat Pack
(TQFP).
O próximos membros da família foram os DX2s e os DX4s. A
velocidades deles eram obtidas com o speed-multiplier technology, que
habilitava o chip para operar em ciclos de clock melhor que a bus. Além disso
eles também introduziram o conceito de RISC. Reduced Instruction Set Chips
(RISC) faziam apenas algumas coisas, mas faziam muito rapidamente. Isso fez com
que o chip fosse muito mais eficiente e deixasse os outros x86 para trás. O DX2
oferecia 8 KB de gravar na cachê e o DX4 oferecia 16 KB. Essa cachê ajudava o
chip a manter um ciclo de clock por instrução de operação pelo uso do RISC.
Também teve as versões SX e DX. As duas eram completamente
32-bit, mas a SX não tinha o co-processador matemático. Contudo, a versão SX é
brutalmente duas vezes mais rápida que um 386.
Quinta Geração de Processadores
Família Pentium (1993)
A Intel trouxe o PC para um nível de 64-bit com o
processador Pentium em 1993. O processador tinha 3.3 milhões de transistores e
executava 100 milhões de instruções por secundo (MIPS=Million Instructions per
Second)
A família Pentium incluía as velocidades de clock de
75/90/100/120/133/150/166/200. É compatível com todos os Sistemas operacionais
antigos, incluindo o DOS, Windows 3.1, Unix e OS/2. É um processador super
escalado e pode executar duas instruções por ciclo de clock. A separação das
cachês fez com que a performance crescesse muito, bem acima dos chips x86. Tem
o SL power management e tem a habilidade de trabalhar em grupo com outro
Pentium. O chip se comunica por uma placa bus 64-bit. Tem 273 pinos conectado
na placa mãe. Esse chip é muito rápido mas também esquenta demais, então o uso
de coolers começou a ser necessário. Um pouco depois do primeiro lançamento a
Intel lançou algumas versão dos chips que operavam a 3.3 volts, não como os
usuais 5 volts. Isso reduziu significantemente o calor. Também lançado o
Pentium MMX que tinha 70% a mais de velocidade que os outros.
A lei de Moore
Em 1965, Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, afirmou
que o número de transistores em um chip dobraria, sem custo adicional, a cada
18 meses. Tal afirmação ficou conhecida como a Lei de Moore, a qual foi válida
durante anos, principalmente no final da década de 90.
Sempre que uma empresa lançava um modelo de processador, o
concorrente a superava meses depois. Isso ficou muito evidente nos anos de 1999
e 2000, quando o Pentium III e o AMD Atlhon (K7) estavam guerreando pelo maior
clock. Por um período de tempo, a AMD liderou a disputa, pois o Atlhon, que
trabalhava com frequências maiores do que 1 GHz, superou o Pentium III.
A reviravolta da Intel veio com o lançamento do Pentium 4,
em 2001, que trabalhava com até 2 GHz e
levou a empresa de volta ao topo do mercado. As versões de baixo custo dessas
CPUs, Celeron (Intel) e Duron (AMD), também disputavam fortemente o lugar mais
alto no ranking do processador “B” mais vendido.
Multicore: o fim da lei de Moore
Conforme a tecnologia dos processadores foi progredindo, o
tamanho de seus transistores foi diminuindo de forma significativa. Contudo,
após o lançamento do Pentium 4, eles já estavam tão pequenos (0,13 micrômetros)
e numerosos (120 milhões) que se tornou muito difícil aumentar o clock por
limitações físicas, principalmente pelo superaquecimento gerado.
A principal solução para esse problema veio com o uso de
mais de um núcleo ao mesmo tempo, através da tecnologia multicore. Assim, cada
núcleo não precisa trabalhar numa frequência tão alta. Se o esquema de
escalonamento de tarefas funcionasse de maneira eficiente, seria possível
trabalhar com quase o dobro do clock. Um processador dual-core de 1,5 GHz, por
exemplo, poderia ter um desempenho semelhante a uma CPU de núcleo único de 3
GHz.
Um componente chamado de escalonador determina em qual dos
núcleos uma tarefa deve ser executada. Mas como o escalonador demora certo
tempo para fazer essa decisão, na prática fica quase impossível atingir o dobro
exato de desempenho. Portanto, com o advento do processador multicore, a lei de
Moore tornou-se inválida, visto que já não era mais possível aumentar a
frequência do processador como antes.
Anos 2000: a era de 64 bits
No começo dessa década, ficou claro que o uso de 32 bits não
seria mais eficiente, visto que, no máximo, apenas 4 GB de memória RAM poderiam
ser endereçados nessa plataforma. Logo, a solução mais natural foi o
desenvolvimento de novas arquiteturas que passassem a trabalhar com 64 bits ao
invés de 32.
O AMD Opteron, de abril de 2003, foi a primeira CPU de 64
bits da empresa.
Tanto a AMD quanto a Intel trabalhavam em seus próprios projetos
de CPUs de 64 bits, mas quem venceu a disputa foi mesmo a AMD, com o x86-64,
que mais tarde foi renomeado para AMD64. Isso aconteceu, principalmente, pelo
fato de a AMD ter evoluído diretamente o x86-32, enquanto que a Intel tentou
criar algo novo, do zero.
Visto esse acontecimento, as empresas em questão criaram um
acordo no uso dessas arquiteturas, no qual a AMD licenciou para a Intel o uso
do x86-64. Por outro lado, a Intel também tornou legal o uso da arquitetura
x86-32 pela AMD. Logo, todos os modelos de processadores 64 bits comerciais
atuais rodam sobre o x86-64. O AMD Athlon 64 foi um dos maiores representantes
dessa arquitetura.
Blackfin
Ainda em 2000, uma nova arquitetura de processadores foi
lançada pela empresa Analog Devices. A Blackfin, como foi batizada, é uma
família de microprocessadores de 16 e 32 bits que possuía, como diferencial, um
processador de sinal digital (DSP) embutido, usado para processar áudio e
vídeo.
Aliado a outras características de design, esse processador
permite um consumo menor de energia aliado ao alto desempenho. O uCLinux é um
dos sistemas operacionais que suporta esse tipo de CPU.
Pentium 4 e Pentium D
Em 2002, a Intel lançou o Pentium 4, processador que podia
alcançar clocks muito altos, chegando até a 3,8 GHz em condições especiais. Os
últimos modelos dessa linha também incluíam a tecnologia Hyperthreading (HT),
funcionalidade que fazia um processador físico trabalhar como se fossem duas
CPUs lógicas.
Posteriormente, o Pentium 4 foi substituído pelo Pentium D,
duas linhas de processadores dual-core de 64 bits. Mais tarde, foi lançado o
Pentium Extreme Edition, que possuía desempenho um pouco melhor do que o
Pentium D, além de tecnologias extras que o tornavam mais apto para tarefas
pesadas. Esse modelo também fazia uso da tecnologia HT, podendo simular a
existência de até quatro núcleos.
Outra novidade da Intel foi o Pentium M, uma versão de baixo
consumo do Pentium Pro desenvolvido para dispositivos móveis. Esse processador
foi lançado em 2003. Em 2005, a AMD apresentou ao mundo o seu primeiro
processador dual-core, o Athlon 64 X2.
Intel Core
Em 2006, a Intel inicia a sua linha Core, para consumidores
que precisam de mais poder de processamento. Faz parte dessa linha o modelo
Core 2 Duo, que demonstra uma capacidade incrível se comparado com os dual-core
anteriores da empresa. Na mesma época, foi lançada a versão Pentium Dual Core,
que apesar de trazer uma boa relação custo-benefício, se mostra inferior ao
Core 2 Duo.
Outro grande lançamento feito pela Intel foi o Core 2 Quad,
processadores com quatro núcleos e que, apesar de demonstrarem alto desempenho,
acabam perdendo em algumas tarefas para o Core 2 Duo. Uma versão posterior,
nomeada Core 2 Extreme Quad Core, também foi lançada, proporcionando mais
velocidade de clock, que pode chegar até 3,2 GHz.
Em 2010, a Intel anunciou os modelos Core i3, i5 e i7.
Além disso, a empresa está lançando novas gerações desses
processadores, que vem sendo muito bem aceitas pelos consumidores.
Quando o assunto é AMD, a história possui algumas
diferenças. Depois dos processadores dual-core, a linha Athlon II apresentou
processadores de três (X3) e quatro núcleos (x4), todos com versões econômicas,
ou seja, com menor desempenho e mais baratos.
Um dos últimos grandes lançamentos da AMD foi o Athlon Neo,
chip desenvolvido para notebooks ultrafinos e que precisam de uma duração maior
da bateria. Outra linha apresentada pela fabricante foi a dos processadores
Sempron, uma versão simplificada do Athlon, com apenas um núcleo e voltada para
consumidores menos exigentes.
Quem não dispensa um bom jogo ou precisa de processamento de
alto desempenho pode contar com os processadores Phenom, que foram lançados
para competirem de igual para igual com as CPUs da Intel. Esses modelos também
receberam versão de três (X3) e quatro (X4) núcleos. A segunda geração dessa
linha, Phenom II, conta também com processadores dual-core de 3 e 3,1 GHz.
A surpresa mesmo fica por conta dos processadores Phenom II
X4, de quatro núcleos e alto desempenho, com modelos de até 3,4 GHz. Além
desses, servidores ou estações de trabalho que exigem uma carga maior de
processamento também podem se beneficiar dos processadores Opteron, que podem
operar com até seis núcleos.
A AMD também lançou uma linha de CPUs para notebooks que,
apesar de ser dual-core, possui um consumo eficiente de energia, poupando assim
a carga da bateria dos portáteis. Mas o que vem ganhando espaço é mesmo a
Fusion, linha de APUs (Unidade de Processamento Acelerada) da AMD. Com a junção
de CPU e GPU em um único chip, é possível obter melhor desempenho a um custo
reduzido.
Conclusão
Este artigo sobre Microprocessadores foi um resumo de sua
definição e história a todos os interessados. Quando você comprar qualquer
aparelho eletrônico independente da tecnologia saberá a origem dos
processadores e para que servem.
Referências
Microprocessador
Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessador
Acessado dia 04 de Novembro de 2016
História dos processadores
Disponível em:
Acessado dia 04 de Novembro de 2016
História do Processador
Disponível em: www.din.uem.br/museu/hist_processo.htm
Acessado dia 04 de Novembro de 2016
Arruda, Felipe. A história dos processadores
Disponível em:
Acessado dia 04 de Novembro de 2016
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