Introdução aos Microprocessadores

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MI1022806 2023 2 AULA01
Introdução aos Microprocessadores
Microprocessadores
Histórico dos Microprocessadores
Intel
Motorola
Zilog
AMD
ARM
A lei de Moore
Multicore: o fim da lei de Moore
Referências
Introdução aos Microprocessadores
APRESENTAÇÃO
Por que estudar “Microprocessadores”?
Disciplina obrigatória nos cursos como os de Engenharia Elétrica, Engenharia de Computação, Ciência
da Computação e Sistemas de Informação.
Melhor entendimento do funcionamento (e aproveitamento) das máquinas modernas.
Criar novas oportunidades de pesquisa avançada em tecnologias da informação.
OBJETIVOS
Nesta aula o aluno vai ter o primeiro contato com microprocessadores e verá:
Histórico do microprocessador;
Evolução do microprocessados;
Principais fabricantes; e
A Lei de Moore.
METODOLOGIA
A aula será expositiva e dialogada utilizando apresentação de texto base na Internet.
INTRODUÇÃO
Fundamentalmente, computadores são máquinas cuja unidade elementar é o processador, ou
microprocessador (μP), o qual é responsável pela coordenação e execução de todas as tarefas da máquina.
Esta disciplina tem por objetivo introduzir o aluno no universo dos microprocessadores, para que este
compreenda o funcionamento básico deste, as partes que o compõem, as tecnologias mais utilizadas e as
diferentes plataformas.
Índice
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Figura 1 - Visão interior (Die) do microprocessador ARM-1
Existem atualmente inúmeras famílias destes dispositivos, das mais antigas, às mais recentes; das mais
sofisticadas, às mais simples. No entanto, todos os microprocessadores têm em comum um conjunto de
características similares, e são estas características que serão tratadas nesta disciplina.
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Figura 2 - Arquitetura de um processador Z80
Quando for necessário particularizar algum conteúdo, será dada preferência à plataforma ARM (https://pt.wikip
edia.org/wiki/Arquitetura_ARM), por ser uma das mais utilizadas atualmente.
With its high performance and high code density and small silicon footprint, the Cortex-M3 processor is ideal for a wide variety of 
applications:
• Low-cost microcontrollers: The Cortex-M3 processor isideally suited for low-cost microcontrollers, which are commonly used in 
consumer products, from toys to electrical appliances. It is a highly competitive market due to the many well-known 8-bit and 16-bit 
microcontroller products on the market. Its lower power, high performance, and ease-of-use advantages enable embedded developers to 
migrate to 32-bit systems and develop products with the ARM architecture.
• Automotive: Another ideal application for the Cortex-M3 processor is in the automotive industry. The Cortex-M3 processor has very 
high-performance efficiency and low interrupt latency, allowing it to be used in real-time systems. The Cortex-M3 processor supports 
up to 240 external vectored interrupts, with a built-in interrupt controller with nested interrupt supports and an optional MPU, 
making it ideal for highly integrated and cost-sensitive automotive applications.
• Data communications: The processor’s low power and high efficiency, coupled with instructions in Thumb-2 for bit-field 
manipulation, make the Cortex-M3 ideal for many communications applications, such as Bluetooth and ZigBee.
• Industrial control: In industrial control applications, simplicity, fast response, and reliability are key factors. Again, the 
Cortex-M3 processor’s interrupt feature, low interrupt latency, and enhanced fault-handling features make it a strong candidate in 
this area.
• Consumer products: In many consumer products, a high-performance microprocessor (or several of them)is used.TheCortex-M3 
processor, being a small processor, is highly efficient and low in power and supports an MPU enabling complex software to execute 
while providing robust memory protection.
There are already many Cortex-M3 processor-based products on the market, including low-end products priced as low as US$1, making 
the cost of ARM microcontrollers comparable to or lower than that of many 8-bit microcontrollers.
Mas, afinal, o que são microprocessadores???
Link da Wikipedia (https://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessador)
Microprocessadores
Um microprocessador é um componente do computador que incorpora as funções de uma unidade de
processamento central (CPU) (https://pt.wikipedia.org/wiki/Unidade_central_de_processamento) em um único
circuito integrado (CI); no máximo alguns circuitos integrados.
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https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_ARM
https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_ARM
https://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessador
https://pt.wikipedia.org/wiki/Unidade_central_de_processamento
https://pt.wikipedia.org/wiki/Unidade_central_de_processamento
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O microprocessador é um dispositivo lógico programável digital, baseado em registradores (https://pt.wikipedia.
org/wiki/Registrador_(inform%C3%A1tica)), acondicionado (encapsulado) em um único chip de silício,
concebido sob a tecnologia VLSI (https://pt.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado) (circuito integrado em alta
escala).
Atua sob o controle de um programa armazenado em memória o Sistema operacional (https://pt.wikipedia.org/
wiki/Sistema_operativo), e um relógio, ou clock (https://pt.wikipedia.org/wiki/Clock), executando operações
aritméticas, lógica booleana, tomada de decisão, além de entrada e saída, e permitindo a comunicação com outros
dispositivos periféricos.
Figura 3 - Parte do ENIAC (1946) - Computador que não utilizava microprocessadores
As principais vantagens da integração de uma CPU inteira em um único chip ou em alguns chips dizem respeito à
redução do custo da capacidade de processamento, aumentando a eficiência; redução do tamanho e consumo, e
da confiabilidade, pois há muitas menos conexões elétricas possíveis de falhar.
Os processadores de circuitos integrados hoje são produzidos em grande escala, por processos altamente
automatizados resultando em um baixo custo por unidade.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Registrador_(inform%C3%A1tica)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Registrador_(inform%C3%A1tica)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativo
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativo
https://pt.wikipedia.org/wiki/Clock
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Figura 4 - Evolução do Custo dos microprocessadores por transistor
Os aumentos contínuos na capacidade do microprocessador tornaram já outras formas de computadores quase
completamente obsoletas (ver histórico de hardware computacional ), com um ou mais microprocessadores
usados em tudo, desde os menores sistemas embarcados e dispositivos portáteis, até os maiores mainframes e
supercomputadores .
Embora as primeiras gerações de computadores tivessem obtido grande sucesso nas décadas de 50 e 60,
apresentavam alguns inconvenientes: o tamanho e a velocidade. Um impacto tecnológico viria a reduzir as
dimensões dos computadores ao mesmo tempo em que os tornariam mais rápidos: o surgimentodos
microprocessadores.
A origem dos microprocessadores data de 1971, quando a Intel Corporation lançou no mercado o
microprocessador 4004, denominado originalmente como “calculadora em um único chip”, podendo ser
considerado como o primeiro processador de propósito geral (PPG).
Possuía em torno de 3.000 transistores e logo surgiram aplicações para ele. A partir desta nova tecnologia
surgiriam as calculadoras mais modernas, os computadores pessoais (PC), as “workstations”, e “mainframes”.
Figura 5 - Processador Intel 4004.
Histórico dos Microprocessadores
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O Intel 4004 era uma Unidade Central de Processamento com 4-bits.
Fabricado pela Intel Corporation em 1971, foi o primeiro microprocessador comercialmente disponível pela Intel
em um chip simples, assim como o primeiro disponível comercialmente.
O design dos chips começou em abril de 1970, quando Federico Faggin, se juntou à Intel, e foi concluído sob sua
liderança em janeiro de 1971.
A primeira venda comercial do 4004 totalmente operacional ocorreu em março de 1971 para a Busicom Corp. do
Japão, para o qual foi originalmente projetado e construído como um chip personalizado.
Em meados de novembro do mesmo ano, o 4004 foi comercializado no mercado geral e, embora projetado
originalmente para ser um componente de calculadoras, o 4004 logo encontrou muitos usos.
O microprocessador 4004 é uma dos 4 chips que constituem o conjunto MCS-4, que inclui a 4001 ROM, 4002
RAM e 4003 Shift Register.Com esses componentes, pequenos computadores com diferentes quantidades de
memória e instalações de E / S podem ser criados.
A Intel iniciou um processo que logo fez alguns outros fabricantes de chips a embarcar em projetos para
desenvolverem microprocessadores mais eficientes, o que gerou a tendência que criou as indústrias
multibilionárias dos microprocessadores e dos microcomputadores atuais.
Masatoshi Shima, um designer de lógica e software da Busicom, sem qualquer experiência prévia em projeto de
chips, ajudou ao Faggin no desenvolvimento do MCS-4 e mais tarde se juntou a ele na Zilog, a primeira empresa
exclusivamente dedicada a microprocessadores, fundada por Federico Faggin e Ralph Ungermann ao término de
1974.
Faggin e Shima desenvolveram juntos o microprocessador Z80, ainda em produção até os dias atuais.
Figura 6 - Evolução dos Microprocessadores Intel.
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Figura 6b - Comparativo evolutivo dos processadores Intel e AMD a partir da 5a geração. [1]
Existem diversos fabricantes de microprocessadores que foram surgindo desde o lançamento pioneiro da Intel,
como a Motorola, a Zilog, a Texas Instruments, a ARM entre outros.
A Intel, após o lançamento do microprocessador 4004, concebeu outros microprocessadores, e alguns deles
foram utilizados na implementação dos primeiros PCs, tornando-se referência de mercado. Os principais
microprocessadores lançados no mercado pela Intel são:
4004 (1971): primeiro microprocessador de 4 bits, contendo 45 instruções e 4 Kbytes de capacidade de
endereçamento de memória. Foi utilizado em aplicações simples, como calculadoras, os primeiros vídeo
games e pequenos sistemas de controle.
Intel
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Figura 7 - Arquitetura do Microprocessador Intel 4004.
8008 (1972): primeiro microprocessador de 8 bits, possui capacidade de endereçamento de memória e 16
Kbytes. Utilizado em aplicações mais complexas que o anterior, onde a manipulação de caracteres de 8 bits
era
importante, como caixas registradoras. Logo tornou-se obsoleto pela sua limitação de endereçamento de
memória.
Figura 8 - CI 8008 primeiro microprocessador de 8 bits.
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Figura 9 - Microarquitetura do processador Intel 8008.
8080 (1973): primeiro dos microprocessadores modernos de 8 bits. A partir dele outros fabricantes
começaram a lançar seus microprocessadores de 4 e 8 bits, alavancando um grande avanço tecnológico
nesta área. Ele é capaz de endereçar 64 Kbytes de memória, possui mais instruções do que o anterior e
ainda utiliza um clock cerca de 10 vezes mais rápido que o 8008. Além disso, possui a vantagem de ser
compatível com a família TTL, facilitando o seu interfaceamento com outros componentes.
Figura 10 - Circuito Integrado do microprocessador 8080.
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Figura 11 - Arquitetura do microprocessador 8080.
8085 (1976): este processador pode ser considerado a nova versão do 8080. Além de mais rápido,
possuindo algumas características extras, como a incorporação do gerador de clock e circuitos internos para
a geração de sinais de controle, diminuindo o número de componentes adicionais necessários para a
construção de um sistema.
8086 (1978): primeiro processador de 16 bits, incorporando instruções de multiplicação e divisão, e com
velocidade 3 vezes maior que o 8085. Endereça 1 Mbytes de memória, o que permitiu a concepção dos
primeiro microcomputadores da linha PC, e posteriormente os XT, ancestrais dos microcomputadores atuais,
que na época até os substituíam em algumas aplicações. Possui ainda um número maior de registradores,
possibilitando a agilização de operações entre registradores, sem o envolvimento da memória exterior.
8088 (1979): possui basicamente as mesmas características do microprocessador anterior, trabalhando
internamente com 16 bits, com via de dados externa de 8 bits, o que reduz a sua performance a 75 % da
do 8086, mas permitindo a concepção de sistemas mais baratos. Encapsulamento DIP (https://radialle.com/e
ncapsulamento-de-circuitos-integrados-5d1ab80ec5f)
80186 (1982): evolução do 8086, sendo compatível a nível de software com o seu antecessor. Possui
recursos adicionais, como gerador de clock interno, controlador de interrupção programável, temporizadores,
unidade programável de ADM (acesso direto à memória) e unidade de seleção de dispositivos de memória e
E/S.
80188 (1982): versão com via de dados externa de 8 bits do 80186.
80286 (1983): versão avançada do 8086, ainda em 16 bits, tendo sido projetado para permitir aplicações de
multi-usuários e multitarefas. Pode endereçar até 16 Mbytes de memória física e 1 Gbytes de memória
virtual gerenciada por uma unidade de gerenciamento de memória localizada no próprio processador. É
capaz de executar instruções em menos ciclos de clock que o 8086, e foi utilizado pelos microcomputadores
PC-AT. Em 1982, a capacidade de processamentochegou ao patamar de 6 e 8 MHz, com o Intel 80286.
Posteriormente, as empresas AMD e Harris Corporation conseguiram romper essa barreira, chegando a 25
MHz.
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https://radialle.com/encapsulamento-de-circuitos-integrados-5d1ab80ec5f
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Figura 12 - Processador Intel 80286 utilizado pelos PCs-ATs em 1982.
Modo real e modo protegido
Ao desenvolver o 286, a Intel enfrentou o velho problema da compatibilidade retroativa, já que precisava introduzir novos recursos, 
mas ao mesmo tempo manter a compatibilidade com os softwares escritos para o 8086 e o 8088. A solução foi oferecer dois modos de 
operação, baseados de modo real e modo protegido.
No modo real, o 286 oferecia as mesmas instruções suportadas pelo 8088, mantendo compatibilidade com os softwares. Operando em modo 
real, o 286 era capaz de acessar apenas 1 MB de memória e sofre de todas as outras limitações, mas o desempenho é melhor (o 286 era 
quase 4 vezes mais rápido que um 8088 do mesmo clock), graças ao clock mais alto, ao barramento de 16 bits e às muitas melhorias na 
arquitetura do processador. Ao chavear para o modo protegido, ele ganha suporte a até 16 MB de RAM (apesar de ser um processador de 
16 bits, o 286 usa um sistema de endereçamento de memória de 24 bits), com suporte a multitarefa, uso de memória swap e proteção de 
memória. Devido à questão do BIOS, o processador usa o modo real por default, chaveando para o modo protegido ao receber uma 
instrução específica. O grande problema do 286 era que, ao chavear para o modo protegido, o processador deixava de ser compatível 
com as instruções de modo real, incluindo as rotinas de acesso a dispositivos do BIOS e do MS-DOS, o que tornava necessário o 
desenvolvimento de novos sistemas operacionais e novos drivers de acesso a dispositivos.
Para complicar, o 286 também não possuía uma instrução para voltar ao modo real (era necessário reiniciar o micro), o que eliminava 
a possibilidade de rodar aplicativos escritos para usar o modo protegido em conjunto com aplicativos de legado, criando uma situação 
"tudo ou nada", que acabou levando à inércia, fazendo com que os PCs baseados no 286 fossem usados para rodar o MS-DOS e aplicativos 
de modo real (que também podiam ser executados em um XT), aproveitando apenas a maior velocidade do processador.
Mesmo as primeiras versões do Windows (do 1.0 ao 2.0) rodavam em modo real, sem suporte a memória virtual nem multitarefa. Você 
podia abrir vários aplicativos ao mesmo tempo, mas apenas um podia ser usado de cada vez. Estas primeiras versões eram muito 
limitadas e acabavam sendo usadas apenas como uma interface para facilitar o acesso aos aplicativos do MS-DOS. Mesmo assim, a 
maioria preferia eliminar o intermediário e rodar os aplicativos DOS diretamente, chamando-os através do prompt.
No final, o modo protegido do 286 foi suportado apenas por algumas versões do Unix (o Linux começou a ser desenvolvido apenas em 
1991) e uma versão do OS/2, lançada posteriormente.
80386 (1985): versão em 32 do 8086, suportando multitarefa e gerenciamento de memória virtual com ou
sem paginação, proteção de software e capacidade de endereçamento de 4 Gbytes de memória física, e 64
Tbytes de memória virtual. Pode chavear entre o modo real e modo protegido de memória via software, sem
necessidade de reinicialização. Disponível em duas versões, muito utilizadas nos PCs que sucederam o PC
AT:
386DX: versão com via de dados externa de 32 bits.
386SX: versão com via de dados externa de 16 bits.
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Figura 13 - Intel 80386 já utilizava encapsulamentos PGA (https://pt.wikipedia.org/wiki/Pin_grid_array) e QFP
(https://pt.wikipedia.org/wiki/Quad_Flat_Package)
80486 (1989): versão aprimorada do 80386, incorporando o coprocessador numérico 387 e 8 Kbytes de
memória cache. Apresenta uma melhor performance em relação ao 80386, tendo sido concebido sob o
conceito das arquiteturas RISC. Disponível nas versões:
486SX: versão sem o coprocessador numérico 80387.
486DX: versão com o coprocessador numérico 80387.
486DX2: versão com clock interno duplicada (2 x 20, 25 ou 33 Mhz).
486DX4: versão com clock interno triplicada (3 x 25 ou 33 Mhz), e 16 Kbytes de memória cache.
Figura 14 - Intel 80486DX versão aprimorada do 386.
Pentium (1993): contém o equivalente a dois 80486, sendo que o trabalho a ser realizado é dividido
automaticamente entre os dois processadores, visando mantê-los ocupados a maior parte do tempo. Possui
duas unidades de processamento de números inteiros implementados na forma de pipeline de cinco
estágios, que permitem o paralelismo de algumas operações, e duas unidades de memória cache de 8
Kbytes cada para dados e instruções.
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https://pt.wikipedia.org/wiki/Pin_grid_array
https://pt.wikipedia.org/wiki/Quad_Flat_Package
https://pt.wikipedia.org/wiki/Quad_Flat_Package
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Figura 15 - Processador Intel Pentium equivalente a dois 486.
Pentium Pro(1995): possui arquitetura semelhante à do Pentium, mas com cache de nível 1 (16 Kbytes) e
cache de nível 2 (até 1 Mbytes) conectados ao bus com a mesma freqüência do processador. A freqüência
de trabalho está entre 150 Mhz e 200 Mhz.
Figura 16 - Intel Pentium Pro de 1995.
Pentium MMX(1996): possui arquitetura semelhante à do Pentium, com a incorporação de instruções
destinadas ao processamento de imagem. A partir desse processador foram previstas diferentes tensões de
alimentação do núcleo e de interação com o meio externo que são respectivamente 2.8V e 3.3V.
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Figura 17 - Intel Pentium MMX com instruções para o processamento de imagens.
Pentium II(1997): possui arquitetura baseada no processador Pentium Pro, com cache de nível 1 de 32
Kbytes que opera na mesma freqüência do processador, e a incorporação de instruções do MMX. O cache
de nível 2, com 512 Kbytes, opera na freqüência do bus externo. A freqüência de operação está entre (66 –
100Mhz) x (3– 5).
Pentium II Xeon (1998): possui arquitetura semelhante à do Pentium II, mas com o cache de nível 2 (512
Kbytes ou 1 Mbytes) operando na freqüência do processador. O desenvolvimento deste processador teve o
objetivo de suprir o mercado anteriormente suprido pelo Pentium Pro, envolvendo servidores e estações de
trabalho.
Outros processadores: 1999: Celeron® Processor, 1999: Pentium® III Processor, 1999: Pentium® III Xeon™
Processor, 2000: Pentium® 4 Processor, 2001: Intel® Xeon™ Processor, 2001: Itanium™ Processor.
A Tabela 1 apresenta uma comparação entre os diversos microprocessadores da Intel, mostrando as dimensões
das vias de endereços e dados (interna e externa).
Tabela 1 - Comparação entre os Microprocessadores da Intel até Pentium II:
Tabela2 - Comparação entre Microprocessadores da Intel até Pentium G6950 (Clarkdale):
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Tabela 3 - Comparação entre Microprocessadores da Intel versus barramento:
Nota
Atualmente, ao invés de aprimorar os processadores de núcleo simples, os fabricantes procuram investir em
múltiplos núcleos, em um mesmo processador (Vide seção Multicore, abaixo).
 Maiores detalhes sobre o histórico e evolução dos microprocessadores da Intel podem ser obtidos em 
http://www.intel.com/intel/intelis/museum/exhibit/hist_micro/index.htm e 
http://www.intel.com/intel/intelis/museum/exhibit/hist_micro/hof/hof_main.htm.
A Motorola é outra empresa que produziu microprocessadores PPG durante décadas.
Seus principais processadores eram:
Motorola
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https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/Arquivo:Fig028_MI1022806.png
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http://www.intel.com/intel/intelis/museum/exhibit/hist_micro/index.htm
http://www.intel.com/intel/intelis/museum/exhibit/hist_micro/hof/hof_main.htm
28/11/2023, 08:24 MI1022806 2023 2 AULA01 - MediaWiki do Campus São José
https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/MI1022806_2023_2_AULA01 16/28
6800 (1974): primeiro microprocessador da Motorola de 8 bits, sendo um dos primeiros a serem utilizados
em controle de sistemas.
6809 (1978): evolução do 6800, apresentando registradores adicionais, novas instruções incorporando
manipulação de dados de 16 bits, e mais modos de endereçamento.
6502 (1975): microprocessador popular, de baixo custo e tecnologia MOS, utilizado em computadores
pessoais, como as máquinas Apple. Compatível com o 6800.
68000 (1979): microprocessador de 16 bits da Motorola, com 16 Mbytes de capacidade de endereçamento,
comunicação externa com via de dados com 16 bits, e via de dados interna com 32 bits.
Figura 18 - Microprocessador de 16 bits da Motorola.
Figura 19 - Diagrama de pinos do Microprocessador 68000 da Motorola.
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60010 (1983): além das características do 68000, apresenta controle de memória virtual.
68008: versão do 68000 com via de dados externa de 8 bits e via de endereços de 20 bits, permitindo o
endereçamento de até 1 Mbytes de
memória. Projetado para a concepção de sistemas mais baratos, apresentando uma performance de cerca de 60%
do 68000. * 68020 (1984): microprocessador de 32 bits, compatível com os processadores anteriores. Possui
unidades de pré-fetch e cache de 256 bytes. As vias de dados e endereços não são multiplexadas.
68030 (1987): versão aprimorada do 68020, incluindo o coprocessador numérico 68881. Possui cache de
256 bytes para dados e para instruções.
68040 (1990): versão aprimorada do 68030, possuindo internamente unidade de gerenciamento de
memória, unidade de manipulação de ponto flutuante, e 4 Kbytes de memória cache para dados e instruções
independentes.
68060 (1994): além das características do anterior, apresenta arquitetura superescalar, ou seja, múltiplas
unidades de execução, cache de instrução e memória, e unidades de gerenciamento de memória paginada
para instrução e dados.
A Zilog foi fundada em 1974 a partir de uma dissidência da Intel, e projetou o famoso microprocessador Z80,
versão aprimorada do 8080, de 8 bits que se tornou muito popular.
Figura 20 - Microprocessador Z80 de 8 bits.
Zilog
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Figura 21 - Diagrama de pinos do Microprocessador Z80.
O microprocessador seu sucessor foi o Z8000 (1979) de 16 bits, com capacidade de endereçar até 8 Mbytes de
memória, memória cache para dados e instruções de 256 bytes cada, e unidade de gerenciamento de memória.
As séries de processadores Intel e AMD marcaram época no mundo da informática, através de suas diferentes
versões. O primeiro Pentium (Intel), lançado em 1993, apresentava várias melhorias sobre o 80486,
principalmente por uso da superescalabilidade, ou seja, a replicação de hardware para que mais instruções
fossem executadas ao mesmo tempo. Seu clock inicial era de 100 MHz, o qual chegou a atingir 200 MHz com o
passar do tempo de desenvolvimento.
Em 1995, a Intel lançava o Pentium Pro, sexta geração de chips x86 e que possuía uma série de melhoramentos
em relação ao seu antecessor. Essa seria a base para os futuros lançamentos: Pentium II, Pentium III e Pentium
M.
Paralelamente, a AMD começava a ganhar mercado com modelos similares, principalmente como o AMD K5,
forte concorrente do Pentium original. Dois anos depois, o Pentium II foi lançado, atingindo o clock de 450 MHz.
Nessa mesma época, a AMD desenvolveu CPUs que batiam de frente com a Intel, como o AMD K6. Por esse
motivo, ambas as empresas travaram uma espécie de “corrida”, competindo para ver quem conseguia o maior
desempenho e valor de clock.
AMD
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Figura 22 - Processador AMD-K5 de até 66MHz
Figura 23 - Processador AMD-K6 de até 166MHz.
Figura 24 - Processador AMD-K6-2 de até 400MHz.
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Figura 25 - Processador AMD-K6-3 de até 450MHz.
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.
Figura 26 - Processador AMD Duron.
Figura 27 - Processador AMD Athlon.
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Figura 28 - Processador AMD Athlon Soquete A.
Figura 29 - Processador AMD Sempron.
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.
O microprocessador Opteron da AMD, lançado 2003, foi o primeiro a implementar a arquitetura AMD64
(também conhecida como x86-64). Com núcleo Sledgehammer (K8), destinava-se a competir nos mercados de
servidores e estações de trabalho, particularmente no mesmo segmento do processador Intel Xeon. Utilizado
para servidores de rede com recursos simultâneos de 32 ou 64 bits interno. Permitindo que os usuários executem
aplicativos e sistemas operacionais tanto de 32 como de 64 bits. Possui ainda um controlador de memória RAM
integrado, memória cache L2 de 1MB e o soquete é de 940 pinos.
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Figura 30 - Processador AMD Opteron de 2005.
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.
Figura 31 - Processador AMD Phenom II dual-core 3GHz.
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.
Tabela 4 - Comparativo entre os processadores AMD:
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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.
Outros fabricantes (VIA Cyrix, Apple, Sun, Texas, etc) (https://pt.linkedin.com/pulse/fabricantes-e-processadores-carlos-vilela)
Por fim, não podemos deixar de falar dessa arquitetura e CPUs 'ARM que vem ganhando, de forma abrangente,
cada vez mais espaço no mercado de microprocessadores. Em 2017, já existiam 95 bilhões de chips ARM
produzidos e utilizados desde o setor de smartphones até supercomputadores. Segundo a empresa, as tecnologias
ARM atingem cerca de 80% da população mundial. A ARM licencia suas arquiteturas para seus parceiros
comerciais. Sua história começou em 1980, com a criação de uma nova arquitetura para o microcomputador BBC
Computer Literacy Project. Esse foi o ponta pé para a criação de um novo processador comercial, influenciado
pelo conceito de arquitetura RISC desenvolvido em Berkley. Ainda em 1985, foi lançado o ARM-2, apresentando
mais funcionalidades e maior desempenho para o mesmo tamanho do chip. Em 1989, o ARM3 chegou com
melhoras significativas e operação em 25 MHz.
O ponto aqui é que todos os microprocessadores eram fabricados pela VLSI Technology, que tinha licença para
comercializar os chips. Dessa forma, outras empresas também começaram a usar chips ARM em sistemas
embarcados.
Devido ao sucesso do Acorn Archimedes, computador que utilizava ARM desde 1987, e do crescente interesse
por microprocessadores RISC, a Apple Computers requisitou a Acorn para desenvolver um processador para o
projeto do Apple Newton. Disso nasceu a parceria entre a Apple, VLSI e Acord e, consequentemente, a empresa
ARM Ltd.
O projeto de grande sucesso desde a junção das empresas aconteceu em 1994: o lançamento do ARM7. Nesse
período, estava acontecendo grandes mudanças no mercado de dispositivos mobile, e o ARM7 foi utilizado em
larga escala, principalmente no celular com tecnologia GSM chamado Nokia6110, e se tornou uma referência.
“O crescimento constante e o ARM9 se tornaram o novo ARM7, que se
tornou o ARM9E e depois o ARM10. A tecnologia ARM10 e ARM11
realmente inovou em termos de processamento de baixo consumo de
energia e alto desempenho. A Arm triplicou seu quadro de funcionários de
400 para 1.300 pessoas em apenas 3 anos! Mas a Arm era uma empresa
mais madura e inteligente a essa altura e percebeu que não poderia
ARM
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https://pt.linkedin.com/pulse/fabricantes-e-processadores-carlos-vilela
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continuar a subir e seguir a tendência certa de suas ofertas atuais. Eles
decidiram diversificar as ofertas para cobrir todas as necessidades do
setor.” – Trecho de publicação na ARM Community por Ben Walshe.
Figura 32 - Quantidade de transistores por processador por ano.
A partir dessa reorganização da ARM, surgiu a família Cortex. O Cortex-A continuou com as ofertas atuais,
seguindo a tendência de aplicativos móveis que exigiam maior desempenho. O Cortex-R forneceu processadores
de alto desempenho para requisitos altamente especializados. E o Cortex-M forneceu núcleos de baixo custo e
consumo de energia extremamente baixo para a indústria de microcontroladores.
Em 2008, o mercado de smartphones estava crescendo e, pela demanda por desempenho, surgiu o Cortex-A9
MPCore, um processador multi-core que era mais capaz de lidar com a enorme faixa dinâmica de necessidades
dos usuários de smartphones.
No ano de 2015 foram fabricados em torno de 14,9 bilhões de dispositivos ARM, enquanto que em 2016 essa
marca atingiu 16,7 bilhões! Em 2016 também aconteceu a compra da ARM pela SoftBank.
Um dos marcos mais recentes na história da ARM, que acompanhamos em 2020, foi a quebra de parceria entre a
Apple e a Intel no que diz respeito aos microprocessadores dos seus notebooks. A Apple deixou oficialmente de
usar CPUs Intel em seus notebooks e desktops para usar seu próprio microprocessador baseado em ARM, o SoC
M1.
M1 é um processador de 8 núcleos na litografia de 5 nanômetros com arquitetura de memória unificada – ou seja,
a RAM, CPU e GPU são compartilhados, permitindo a redução do consumo de energia, um dos pilares dos
produtos ARM, como vimos anteriormente. O foco principal do M1 é a eficiência e essa arquitetura utilizada
proporciona um desempenho mais rápido em computadores Mac usando M1.Esse processador também
prometeu melhor eficiência energética e 3x desempenho por watt quando comparado com outros chips.
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.
A lei de Moore
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Figura 33 - Quantidade de transistores por processador por ano.
Sempre que uma empresa lançava um modelo de processador, o concorrente a superava meses depois. Isso ficou
muitoevidente 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.
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.
Multicore: o fim da lei de Moore
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Figura 34 - Arquitetura single-core.
Figura 35 - Arquitetura single-core X multi-core.
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 (https://pt.wikipedia.org/wiki/Escalonamento_de_processos)
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.
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https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/Arquivo:Fig044_MI1022806.png
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https://pt.wikipedia.org/wiki/Escalonamento_de_processos
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Figura 36 - Número de transistores por ano depois da Lei de Moore.
Também segundo Carl Anderson, pesquisador da área de concepção de computadores da IBM, a Lei de Moore
pode estar chegando ao fim. Entre os motivos para que Anderson faça tal previsão está o fato de que os
engenheiros estão desenvolvendo sistemas que exigem menos recursos do processador e os custos para pesquisas
de novos processadores estão cada vez mais altos. Além do fato de que, com o aumento da velocidade, aumenta
também o consumo de energia e a dissipação de calor.
No início de 2014 o departamento de pesquisa da IBM anunciou um teste de novos chips de silício com tecnologia
de 7nm empurrando para novos limites o previsto fim da Lei de Moore.
Em outubro de 2015 foi anunciada uma nova pesquisa da IBM iniciando a caminhada para novos limites na
produção de processadores utilizando nano tubos de carbono, o que permitiria atingir escalas de 1.8nm.
Em fevereiro de 2017, o CEO da Intel, Brian, disse que a empresa tem investido pesado nas computação quântica
e chips neuromórficos.
Referências
[1] https://www.adrenaline.com.br/hardware/50-anos-dos-microprocessadores-conheca-a-historia-ate-aqui/
 
Disponível em “https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php?title=MI1022806_2023_2_AULA01&oldid=189339”
https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/Arquivo:Fig045_MI1022806.png
https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/Arquivo:Fig045_MI1022806.png
https://www.adrenaline.com.br/hardware/50-anos-dos-microprocessadores-conheca-a-historia-ate-aqui/
https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/MI1022806_2023_2#Aulas
https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/MI1022806_2023_2#Aulas
https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/MI1022806_2023_2_AULA02
https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/MI1022806_2023_2_AULA02
https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php?title=MI1022806_2023_2_AULA01&oldid=189339
28/11/2023, 08:24 MI1022806 2023 2 AULA01 - MediaWiki do Campus São José
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