Aula04 ArqComp ADS 2014

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Arquitetura de Computadores (ARQI1) 
ADS171 
Aula 04: 
 
 Processadores 
 Microprocessador 
 
Anteriormente conhecido por microprocessador, devido ao seu tamanho, 
deixaremos “a parte” o termo micro, tratando-o daqui em diante por 
processador. Um processador é um conjunto de componentes eletrônicos 
em forma de circuito integrado, capaz de executar uma série ordenada de 
instruções – o programa – em uma determinada seqüência, controlando 
unidades que permitem interagir com outros circuitos e memória. 
 
O termo micro se refere ao tamanho, visto que um microprocessador hoje 
é um circuito integrado de pequenas dimensões. Atualmente, ele é 
referido apenas como processador. 
Definimos, então, processador como sendo um circuito integrado de 
escala muito alta de integração (VLSI), com a possibilidade de ser 
programado através de códigos 
 Microprocessador 
 
VLSI = Very Large Scale Integration (Integração em Muito Larga Escala). 
 
Em nosso caso particular, o processador irá atuar como a CPU (Central 
Process Unit) de um microcomputador, visto que ele tem capacidade de: 
• executar programas armazenados em memória; 
• administrar o uso da memória; 
• controlar o fluxo de dados; 
• realizar operações lógicas e aritméticas. 
 
Foi devido ao fato de o microprocessador ter assumido a função de CPU 
nos computadores, que tornou possível a criação e difusão do 
microcomputador, resultando em dimensões reduzidas, alto desempenho e 
baixo custo. 
 
 Características 
 
O processador pode ser classificado segundo algumas características, que 
são: 
 
• Tamanho do dado que ele trabalha: 8, 16, 32 ou 64 bits; 
• Largura do barramento de dados; 
• Capacidade de acesso à memória; 
• Freqüência de trabalho (clock); 
• Arquitetura interna (32 ou 64 bits); 
• Conjunto (set) de instruções; 
• Tamanho das memórias cachês L1 e L2 (e L3, em alguns casos); 
• Freqüência do barramento (FSB); 
• Encapsulamento; 
• Quantidade de núcleos (core) por pastilha (chip); 
• Arquitetura RISC ou CISC; 
• Capacidade de execuções de instruções por segundo. 
 
 Desenvolvimento 
 
Apresentar .pdf do 
histórico dos processadores 
 
Nome Data Transistores Mícrons 
Velocidade 
do clock 
Largura de 
dados 
MIPS 
8080 1974 6.000 6 2 MHz 8 bits 0,64 
8088 1979 29.000 3 5 MHz 
16 bits 
8 bits 
0,33 
80286 1982 134.000 1,5 6 MHz 16 bits 1 
80386 1985 275.000 1,5 16 MHz 32 bits 5 
80486 1989 1.200.000 1 25 MHz 32 bits 20 
Pentium 1993 3.100.000 0,8 60 MHz 
32 bits 
64 bits 
100 
Pentium II 1997 7.500.000 0,35 233 MHz 
32 bits 
64 bits 
300 
Pentium III 1999 9.500.000 0,25 450 MHz 
32 bits 
64 bits 
510 
Pentium 4 2000 42.000.000 0,18 1,5 GHz 
32 bits 
64 bits 
1,700 
Pentium 4 
"Prescott" 
2004 125.000.000 0,09 3,6 GHz 
32 bits 
64 bits 
7,000 
Pentium D 2005 230.000.000 90nm 
2,8 GHz 
3,2 GHz 
32 bits 
 
 
Core2 2006 152.000.000 65nm 
1,33 
2,33 GHz 
32 bits 
 
26,000 
Core 2 Duo 2007 820.000.000 45nm 3 GHz 64 bits 53,000 
Core i7 2008 731.000.000 45nm 
2,66 GHz 
3,2 GHz 
64 bits 76,000 
 Encapsulamento 
 
 
 Arquitetura interna 
 
Os primeiros processadores com sucesso comercial, o Intel 8080, Intel 8085 e Zilog Z-80, 
podiam ser esquematizados internamente de uma forma bem simples, conforme a figura 
abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
A única diferença entre o esquema de uma CPU – já visto anteriormente – e do 
processador é a inclusão dos registradores: uma pequena porção de memória interna – 
volátil - que é tratada como um conjunto de variáveis, para armazenamento temporário 
de dados. Cada família de processadores têm um conjunto próprio de registradores. 
 
 Arquitetura interna 
 
Atualmente, um processador conta com outras partes, tornando-o mais poderoso e 
rápido. Vejamos abaixo o esquema interno de um processador 80386: 
 
• Bus Unit: mais conhecido por Bus Interface Unit 
(BIU), serve para interfacear (intermediar) o 
fluxo de dados entre os barramentos externos e 
internos do processador; 
 
• Paging Unit: responsável pela manutenção da 
memória interna cache (ou cache L1); 
 
• Prefetch Unit: esta unidade tem como função 
buscar antecipadamente as instruções a serem 
executadas e armazena-las em uma pequena fila, 
chamada Prefetch Queue; 
 
 
 
 
 
 Arquitetura interna 
 
• Segment Unit: cuida da operação da memória 
principal, em seus diversos modos de operação. 
 Contém uma pequena memoria auxiliar 
chamada Cache Descritora de Segmentos 
(ou Tabela); 
 
• Instruction Decode Unit: decodifica as 
instruções em micro-códigos; 
 
• Execution Unit: executa as instruções, 
convertendo os micro-códigos em operações 
conforme uma tabela interna. 
Responsável também pela ALU e pelos 
registradores 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Funcionamento 
 
Um microprocessador executa uma série de instruções de máquina que dizem a ele o que 
fazer. As três funções básicas de um processador são: 
 
• Utilizando sua ALU (Unidade Lógico-Aritmética), o processador pode executar operações 
matemáticas como adição, subtração, multiplicação e divisão. Os processadores 
modernos contêm processadores de ponto flutuante que podem executar operações 
extremamente sofisticadas com número grandes em pontos flutuantes; 
 
• Um processador pode mover dados de um endereço de memória para outro; 
 
• Um processador pode tomar decisões e desviar para um outro conjunto de instruções 
baseado nestas decisões. 
 
O processador pode fazer coisas muito complicadas, mas as três atividades citadas acima 
são as suas principais ações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Funcionamento 
 
O diagrama a seguir mostra um processador extremamente simples que é capaz de fazer 
estas três coisas. 
 
Este microprocessador simples possui: 
• Um barramento de endereços, que envia um 
endereço para a memória; 
• Um barramento de dados,que envia e recebe 
dados da memória; 
• Uma linha RD (Read ou Leitura) e WR (Write 
ou Escrita) que diz à memória se ela deve 
gravar ou ler o conteúdo da posição de memória 
endereçada; 
• Um sinal de sincronismo (clock) que fornece uma seqüência de 
pulsos de relógio para o processador; 
• Um sinal de reset que reinicia o contador do 
programa para zero (ou outro valor) e recomeça 
a execução do programa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Funcionamento 
 
Vamos supor a seguinte operação: a adição de dois números, 2 e 3, digitando em um 
teclado, a seqüência 
2 3 + = 
 
 
 Funcionamento 
 
 
 
 Funcionamento 
 
 
 
 Funcionamento 
 
 
 
 Funcionamento 
 
 
 
 Funcionamento 
 
 
 
 Funcionamento 
 
 
 
 Funcionamento 
 
 
 
 Funcionamento 
 
 
 
 Clock 
 
Como as operações dentro do processador devem ser sincronizadas, devemos ter um 
processo de sincronismo, um sinal que indica quando um processo deve se iniciar. Tal 
sinal deve ser usado pelo processador e pelos dispositivos que se comunicam com ele, 
para que também estes postam estar sincronizados com o processador. Tal sinal de 
sincronismo é chamado de clock (relógio, em inglês). 
 
O Clock é gerado por um circuito composto principalmente por um cristal piezo-elétrico, 
o qual gera uma freqüência. Tal freqüência é conhecida por freqüência de operação, ou 
simplesmente clock. 
A unidade de freqüência é o Hertz, cuja sigla é Hz. Como os circuitos eletrônicos digitais 
hoje em dia conseguem trabalhar à grandesvelocidades, a freqüência de trabalho de um 
processador hoje é dada em GigaHertz (bilhões de Hertz. 
 Um processador como o Intel® Core™ i7-4820K é encontrado com clock de 3.9 GigaHertz 
(3º trimestre de 2013). 
 
 Clock 
 
 
A figura abaixo ilustra uma seqüência de pulsos de clock. Cada ciclo de clock tem seu 
tempo calculado através do período - o inverso da freqüência. Exemplo: 
 
 Clock de 2.3 GHz 
 
1 / 2,3 x 109 = 1/2300000000 = 4,347 x 10-10 = 
aprox. 0,4 microsegundos 
 
 
 
 
 
MIPS (acrônimo de Millions of Instructions Per Second, que significa milhões de instruções por 
segundo em inglês) é uma medida de desempenho de processadores em Informática. 
 
 
 
 
 
 
 
 Clock 
 
 
Podemos afirmar que quanto maior o clock, maior a velocidade de processamento do 
processador se ambos forem do mesmo modelo, acessarem os mesmo tipos de dispositivo 
em um mesmo tipo de microcomputador. Nesse caso, um processador Intel Core i7 de 3.9 
GHz será mais rápido que um Intel Core i7 de 2.53 GHz. 
 
Em alguns casos, o clock gerado pelo microcomputador, para todos os dispositivos, não é 
o mesmo utilizado pelo processador. Isto porque o processador pode ser muito mais veloz 
– trabalhar com um clock elevado – do que os demais dispositivos que compõem o 
restante da CPU. Neste caso, é necessário que haja um circuito que multiplique o clock 
gerado para o computador exclusivamente para o processador: a multiplicação de clock. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Multiplicador de Clock 
 
 
Imagem de uma tela do BIOS SETUP, 
onde se pode configurar o clock 
e seu multiplicador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Nomenclatura de processadores 
 
 
http://www.intel.com.br/content/www/br/pt/processors/processor-numbers.html