AULA 1 - Microprocessadores - Graduação - Wiki do IF-SC (Parte 1)

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AULA 1 - Microprocessadores - Graduação
De Wiki do IF-SC
Índice
1 Por que estudar “Microprocessadores”?
2 INTRODUÇÃO AOS MICROPROCESSADORES
3 MICROPROCESSADORES
3.1 Histórico dos Microprocessadores
3.1.1 EVOLUÇÃO DOS MICROPROCESSADORES INTEL
3.1.2 OUTROS FABRICANTES
3.1.2.1 Motorola
3.1.2.2 Zilog
3.1.2.3 AMD
3.1.3 A lei de Moore
3.1.4 Multicore: o fim da lei de Moore
Por que estudar “Microprocessadores”?
– Disciplina obrigatória nos cursos de Engenharia Elétrica, Engenharia de Computação, Ciência da Computação, Sistemas de Informação, etc.
– Melhor entendimento do funcionamento (e aproveitamento) das máquinas modernas.
– Cria novas oportunidades de pesquisa em tecnologias da informação avançadas.
INTRODUÇÃO AOS MICROPROCESSADORES
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.
Fotografia de um processador ARM1
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.
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:Arm1.png
Arquitetura de um processador Z80
Quando for necessário particularizar algum conteúdo, será dada preferência à plataforma ARM (https://pt.wikipedia.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. 
• 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 laten
• 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 
• Industrial control: In industrial control applications, simplicity, fast response, and reliability are key factors. Again, the Cortex-M3 processor’s interrupt feature, low interrupt 
• 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 
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 low
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.
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.
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:Z80arq.png
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/Registrador_(inform%C3%A1tica)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativo
https://pt.wikipedia.org/wiki/Clock
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.
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 .
Histórico dos Microprocessadores
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 surgimento dos
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”.
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:Eniacfoto.png
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:Costtransist.png
Processador Intel 4004
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 RalphUngermann ao
término de 1974.
Faggin e Shima desenvolveram juntos o microprocessador Z80, ainda em produção até os dias atuais.
EVOLUÇÃO DOS MICROPROCESSADORES INTEL
Existem diversos fabricantes de microprocessadores que foram surgindo desde o lançamento pioneiro da Intel, como a Motorola, a Zilog e a Texas Instruments, 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.
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:I4004.png
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:Familiax86.png
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.
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.
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:Arq4004-2.png
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:Chip8008.png
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/Arquivo:Arq8008.png