OrganizI-Cap4

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Organização de Computadores I 
Capítulo 4 - Barramentos ; CPU 
 
Conteúdo 
Capítulo 4 .................................................................................................................................................. 1 
Barramentos - CPU .................................................................................................................................. 1 
4. BARRAMENTO LOCAL OU LOCAL BUS .......................................................................................... 2 
4.1- Barra de Dados .................................................................................................................................. 2 
4.2- Barra de Endereços ............................................................................................................................ 3 
4.3- Barra de Controle .............................................................................................................................. 3 
4.4 - CPU (Central Processor Unit) ........................................................................................................... 4 
4.4.1 – Arquitetura CISC e RISC ........................................................................................................... 4 
4.4.2 – Tecnologias MMX, MMX2, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, EM64T ................................................ 5 
4.4.3 – Características Técnicas da CPU ................................................................................................ 5 
4.4.4 Tecnologias Intel e AMD ............................................................................................................. 6 
4.4.5 Medidas de desempenho: Velocidade da CPU versus Memória .................................................... 6 
 
 
Cap. 4 – Barramentos – CPU 2 
4. BARRAMENTO LOCAL OU LOCAL BUS 
 
 A Figura 4.1, mostra um diagrama básico da placa mãe (Mainboard) de um 
microcomputador. O Barramento principal ou Bus System, nada mais é que a VIA ou caminho por 
onde trafegam todas as informações dentro do computador. Ele é constituído basicamente de 3 
barras ou sub-vias: Barra de Dados, Barra de Endereços e Barra de Controle. 
 
 
Figura 4.1- Diagrama básico de um microcomputador. 
 
Placas Mãe 
 
A placa mãe do computador é a placa que conecta todos os componentes, como CPU, 
memórias, chipsets, etc. 
 
4.1- Barra de Dados 
 
 A Barra de Dados, é o conjunto de vias por onde trafegam os dados dentro do computador. 
No PC-XT, um dos primeiros micros de 16 bits, este Bus possuía 8 vias ou linhas: D0, D1, 
D2, D3, D4, D5, D6, D7. Isto significa que, apesar do microprocessador do PC-XT, processar 
palavras de 16 bits, estes dados eram movimentados dentro do computador em 8 bits, ou seja, a 
uma taxa de 1 B por vez. Naturalmente, este fato prejudicava o desempenho do micro. 
Hoje, o tamanho deste Bus é bem maior, dependendo do microprocessador do 
computador. Isto é um fator importante para o desempenho do micro. Veja alguns exemplos a 
seguir: 
 
Intel Core i7 Bus de dados de 64 b; 
AMD Athlon 64 FX, tem Bus de 64 b. 
 
Taxa de transferência 
 Pode-se calcular a taxa de transferência máxima de dados em MB/s para um barramento, 
usando a mesma fórmula já usada para as memórias, onde F é a frequência e Nr.Bits a largura do 
barramento. 
 
, em MB/s 
 
TT = F x Nr. Bits / 8 
 
Cap. 4 – Barramentos – CPU 3 
 
Exemplo 1: 
 Considere um barramento de 32 bits cuja freqüência externa F seja de 66,5 Mhz. Sua taxa de 
transferência máxima será: 
TT= 66,5 x 32 / 8 = 266 MB/s. 
Obs.: aqui estamos considerando o M (mega) como 106, tanto para a frequência F como para a quantidade de 
Bytes/s. 
 
4.2- Barra de Endereços 
 Esta Barra consiste de um conjunto de linhas ou vias por onde trafegam os endereços de 
memória. 
 No antigo PC-XT, este Bus, possuía 20 linhas: A0, A1, ..., A19. Com 20 linhas ou vias, 
podemos criar endereços de 20 bits. Logo, o maior endereço possível, era: 
 
 2
20
 = 1.048.576 B = 1 MB ! 
 
 Como cada endereço 
localiza um Byte de memória, o PC-
XT era limitado a uma memória 
RAM máxima de 1 MB. Portanto, o 
tamanho do Bus de Endereços 
determina a quantidade máxima de 
memória que o micro pode ter. 
Naturalmente, este é um detalhe de 
projeto que depende do microprocessador. 
 
4.3- Barra de Controle 
 
 Por esta Barra trafegam os códigos de controle e operações. Um conjunto de bits desta 
Barra indica se o endereço é um endereço de memória ou de I/O . Outro conjunto de bits desta 
Barra sinaliza pedidos de interrupção (sinais de Hardware que solicitam a atenção do CPU). No 
antigo PC-XT, esta Barra possuía 25 linhas ou vias. 
 
 Estas 3 Barras constituem o 
Barramento ou Bus do sistema. A 
arquitetura destes Barramentos é 
relevante no desempenho final do 
microcomputador. A tecnologia 
usada na arquitetura destes 
Barramentos, terminou por constituir 
alguns padrões de mercado. 
 
 A primeira versão do PCI de 32 b a 
33,25 Mhz, possuía uma taxa 
transferência de 133 Mb/s, que não 
era suficiente para aplicações 
gráficas em 3D. Daí a razão de se ter criado um barramento de expansão, com slot especial para 
placas de vídeo 3D denominado, AGP. Este barramento AGP 1X, era de 32b operava a 66,5 Mhz, 
o que dava uma taxa de transferência de 266 Mb/s. Hoje, o AGP já é dispensável com o novo 
padrão PCI Express : 
 
 
Nota: 
Os processadores de 32 bits têm bus de endereços de 32b. Isto 
 implica uma memória máxima de 2
32
 = 4 GB ! 
 
Os processadores de 64 bits têm bus de endereços de 64b. Isso 
significa que podem endereçar memórias de até 2
64
 = 2
4
.2
60
 = 16 EB 
!! 
 
 
Nota: -Evolução dos padrões. 
 
ISA (Industry Standard Architecture), padrão de barramento de 8 ou 
16 b, com 98 pinos ou vias e FSB de 8 Mhz ou taxa de transferência 
de 8 MB/s. 
EISA (Expanded ISA), padrão de barramento de 32 bits com 
freqüência de 8 Mhz e taxa de transferência de 32 MB/s. 
VESA (VL-Bus), padrão de barramento de 32 bits com freqüência igual 
ao FSB local. 
PCI (Peripherical Component Interconect), padrão de barramento de 
32 b ou 64 b a 66,5 Mhz). 
AGP (Acelerator Graphycs Port), barramento de vídeo. 
PCI Express 4.0 (PCI que substituirá o atual com taxa de 32 GB/s). 
 
Cap. 4 – Barramentos – CPU 4 
 
Quadro 1 – PCI Express 
 
 
 
 
 
 
 
 Leitura Complementar: 
 R. Zelenvosk e A. Mendonça, PCI Plug and Play, Referência 13. 
 Gabriel Torres, Barramento USB 2.0. Referência 14 
 Júlio Preuss, USB – Universal, Serial Bus. Referência 15. 
 
 
 
4.4 - CPU (Central Processor Unit) 
 
 A CPU do micro constitui-se no “cérebro” do micro. É a unidade que gerencia e controla 
todas as operações no computador. Hoje, a tendência é de que os microcomputadores possuam 
CPUs de vários núcleos e sejam multiprocessados. A CPU do micro é um CHIP denominado 
microprocessador. Na linguagem popular, o tipo do microprocessador determina o tipo de 
computador. Por exemplo, um computador com microprocessador Intel Core i5 é denominado “um 
Core i5”. Vários fabricantes de microprocessadores no mercado deram origem a diversas famílias 
de microprocessadores: 
 
 INTEL ( 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Itanium 2, 
Pentium D, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Xeon, Core i3, i5, i7) 
 AMD ( AMD5k86 P100, AMD5k86 P150, ...,K6, K6-2, K6-3, Athlon XP, Athlon 64 X2 Dual 
Core, 64 FX Quad Core, Phenom II X6, FX, Opteron) 
 
Funções básicas do CPU: 
(a) processamento: - realizar operações com os dados; 
(b) controle: - interpreta e controla a execução de instruções e dos demais componentes. 
 
4.4.1 – Modelos de computação: CISC e RISC 
 
CISC (Complex Instruction Set Computing) , arquitetura baseada em conjunto de instruçõescomplexas, que devem ser decodificadas pelo processador. Estes processadores utilizam 
microcódigo, que são pequenos programas internos. As instruções CISC não são padronizadas, 
cada uma é interpretada pelo microcódigo de uma forma que leva tempos diferentes para ser 
executada. 
 
RISC (Reduced Instruction Set Computing), arquitetura que utiliza instruções simples e sem 
microcódigo, não havendo necessidade de decodificador de instruções. Microprocessadores da 
Motorola, que equipam os computadores Macintosh da Apple, utilizam esta arquitetura. 
Processadores como o Pentium Pro, utilizavam núcleo RISC e precisavam de um decodificador 
para torná-lo um CISC na entrada. Hoje a arquitetura é hibrida. 
 
 
PCIe 3.0 Freq Nr.b Taxa de Transf. 
x1 8 Ghz 1 2 GB/s 
X4 8 4 4 GB/s 
X8 8 8 8 GB/s 
X16 8 16 16 GB/s 
X32 8 32 32 GB/s 
Cap. 4 – Barramentos – CPU 5 
4.4.2 – Tecnologias MMX, SSE, EM64T 
 
Estas tecnologias constituem um conjunto de instruções específicas para processamento de 
gráficos e imagens, incluído no CPU da INTEL, visando melhorar o desempenho com multimídia. 
As instruções compartilham os circuitos do processador de dados numéricos integrado no CPU 
atual, usando registradores de 64 B, o que permite, por exemplo, realizar 8 somas de dados de 8b 
ao mesmo tempo. 
4.4.3 – Características Técnicas da CPU 
 
 (a) CLOCK – é a freqüência em GHz com que o CPU opera, também chamada de 
“velocidade de relógio”. 
 
 (b) VELOCIDADE DE BARRAMENTO - é a velocidade com que a CPU se comunica com 
a memória e outros barramentos – antigo FSB (Front Side Bus). A AMD substituiu esta tecnologia 
pela tecnologia HT (Hyper Transport) que estabelece barramentos paralelos de 64 b entre o 
chipset, o CPU e a memória. Dessa forma, o barramento se comporta como se fosse de 128 b. 
 
HT (Hyper Transport) – o HT e o HT Coerente são barramentos especiais criados pela AMD para 
comunicar os núcleos e o processador com o chipset. 
 
QPI (QuickPath Interconnect) – esta nova tecnologia desenvolvida pela INTEL, para substituir o 
FSB, permite a conexão direta (pont-a-ponto) do CPU com o chipset e usando controladores de 
memória acoplados ao CPU, é semelhante à tecnologia HT da AMD. O barramento de memória da 
INTEL pode operar com velocidades de 51.2 GB/s, bem maior que a velocidade do HT (21 GB/s). 
 
Vejamos: 
QPI-INTEL: (TT=6,4 x 32/8 = 25.6 GB/s. Como são dois canais, dá 51.2 GB/s !!!) 
HT3.0–AMD: (TT=2600 x 32/8 = 10400 MB/s = 10,8 GB/s. Para dois canais, dá 21 GB/s) 
 
 ( c) Tecnologia Multi - core – CPUs com dois, quatro, seis ou mais “núcleos” operando 
em paralelo, o que rende maior eficiência. 
 
 
 
Tabela 4.1- Características técnicas de alguns CPU’s. 
 * www.amd.com.br 
 ** www.intel.com.br 
 
Outras Atividades: 
Pesquise sobre a a Arquitetura de 64 bits e a nova tecnologia QPI. 
 
 
CPU Núcleos 
Threads 
Clock T Bus de 
Dados(bit
s) 
Mem. Cache L3 Bus 
Mem./Tx.Tr. 
Intel Core 2 Duo 2 3,16 Ghz 64 6 MB 1,33 Ghz 
Core i7-3930K 6 / 12 3,2/3.8 Ghz 12 MB 51.2 GB/s 
Core i7-4970K 4/8 3.5/3.9 Ghz 64 8 MB 
 
AMD FX 9590 8 4,7/4,8 Ghz 64 8 MB 2,4 Ghz 
AMD FX 8350 8 4.1/4.2 Ghz 8 MB 21 GB/s 
AMD Opteron 16 2,8/3,5 Ghz 16 MB 
Cap. 4 – Barramentos – CPU 6 
 
4.4.4 Tecnologias Intel e AMD 
 
Tecnologias Intel 
 
(a) HTT - Hyper Threading Technology - nova tecnologia da INTEL torna possível a um 
microprocessador de n núcleos físicos operar como 2n núcleos lógicos. 
 
(b) Tecnologia QPI (QuickPath Interconnect) – nova tecnologia Intel para conexão ponto-a-ponto 
entre o processador e os dispositivos de IO, que veio substituir o barramento FSB. 
Versões do QPI: 4.8, 6.4, 7.2, 8 Ghz, com largura de 16 b, 32 b 
 
Tecnologias AMD 
 
(A) HT - Hyper Transport – nova tecnologia implementada pela AMD que usa um canal duplo de 
64 bits para comunicação com a memória RAM, aumentando o desempenho. 
 
Versões do HT: 
HT 1.x: 200,400,600,800 Mhz, largura 32 b 
HT 2.x: 1000, 1200, 1400 Mhz, lagura 32 b 
HT 3.x: 1800, 2000, 2400, 2600 Mhz, largura 32 b -> TT=2600 x 32/8 = 10,4 GB/s 
 
Obs.: é comum a AMD anunciar que as taxas de transferência são o dobro destas, em razão de 
que há dois canais. 
 
4.4.5 Medidas de desempenho: Velocidade da CPU versus Memória 
 
 Não é apenas o Clock da CPU que determina o desempenho do micro, mas uma 
conjunção de CPU rápida com memória e periféricos também rápidos. 
 Com a introdução da tecnologia QPI da Intel, tornou-se comum a medida da “velocidade do 
barramento” do CPU em MT/s (Mega transferências por segundo). No capítulo sobre Memória, já 
havíamos citado este medida. 
Computadores de grande porte e super-computadores tem seus desempenhos medidos em 
MegaFlops, GigaFlops, TeraFlops ou até PetaFlops, que correspondem, a milhões, bilhões, trilhões 
ou quatrilhões de operações por segundo em ponto flutuante. Essa é a medida de desempenho 
aceita cientificamente ! 
 
 
 Leituras Complementares: 
Capítulo 6. Unidade Central de Processamento, Referência 1 e Referência 4. 
Gabriel Torres, Tecnologia de Núcleo Duplo da Intel. Referência 16. 
Gabriel Torres, Processadores de Núcleo Duplo da AMD. Referência 17. 
Iberê Campos. Comprar ou montar ? Referência 21.