Microprocessadores Funcionamento e arquitetura

Introdução O microprocessador é o coração de qualquer computador normal, seja um computador de mesa, um servidor ou um laptop. Possivelmente a marca do seu processador é um Pentium, um K6, um PowerPC, um Sparc. Todos fazem praticamente a mesma coisa de maneira bastante semelhante. Um microprocessador (também conhecido como CPU ou unidade central de processamento) é uma máquina completa de computação embutida em um único chip.

Introdução Intel 4004

Introdução O primeiro microprocessador foi o Intel 4004, lançado em 1971. O 4004 não era muito poderoso, já que ele só podia somar e subtrair 4 bits por vez. Mesmo assim, era incrível ver tudo isso em um único chip naquela época. Antes do 4004, os engenheiros construíram computadores com vários chips (transistores ligados um a um). O 4004 foi utilizado em uma das primeiras calculadoras eletrônicas portáteis.

Introdução O primeiro microprocessador utilizado em um computador pessoal foi o Intel 8080. Ele era um computador de 8 bits completo dentro de um chip e foi lançado em 1974; mas o primeiro microprocessador que se tornou realmente popular foi o Intel 8088, lançado em 1979 e incorporado em um PC IBM - que apareceu em 1982. Se você está familiarizado com a história e o mercado de PCs, vai se lembrar da evolução dos processadores

Introdução O 8088 evoluiu para o 80286, depois para o 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III e Pentium 4. Todos estes microprocessadores foram produzidos pela Intel e são melhorias do design básico do 8088. O Pentium 4 pode executar cada linha de código do 8088 original, mas ele faz isso 5 mil vezes mais rápido.

Evolução 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-bit bus 0,33 80286 1982 134.000 1,5 6 MHz 16 bits 1 80386 1985 275.000 16 MHz 32 bits 5 80486 1989 1.200.000 25 MHz 20 Pentium 1993 3.100.000 0,8 60 MHz 32 bits 64-bit bus 100 Pentium II 1997 7.500.000 0,35 233 MHz ~300 Pentium III 1999 9.500.000 0,25 450 MHz ~510 Pentium 4 2000 42.000.000 0,18 1,5 GHz ~1,700 Pentium 4 "Prescott" 2004 125.000.000 0,09 3,6 GHz ~7,000

Dentro do processador Um microprocessador executa uma série de instruções de máquina que dizem a ele o que fazer. As três funções básicas de um processador são: O microprocessador pode executar operações matemáticas como adição, subtração, multiplicação e divisão (Unidade Lógica e Aritmética) Um microprocessador pode mover dados de um endereço de memória para outro; Um microprocessador pode tomar decisões e desviar para um outro conjunto de instruções baseado nestas decisões.

Dentro do processador

Dentro do processador Um barramento de endereços (pode ser de 8, 16 ou 32 bits) que envia um endereço para a memória; um barramento de dados (pode ser de 8, 16 ou 32 bits) 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 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 inicial É impossível criar um computador que não tenha memória ROM. Em um PC, a memória ROM é conhecida como BIOS (sistema básico de entrada/saída). Quando um microprocessador começa a funcionar, ele executa primeiro as instruções contidas na BIOS. As instruções  da BIOS realizam testes no hardware e depois vão para o disco rígido para buscar o boot sector. O boot sector é outro pequeno programa e a BIOS o armazena na RAM depois de lê-lo no disco. O microprocessador então começa a executar as instruções do boot sector a partir da memória RAM. O programa de boot sector manda o microprocessador copiar algo mais do disco rígido para a memória RAM, que o microprocessador executa posteriormente. Esta é a maneira pela qual o microprocessador carrega e executa todo o sistema operacional.

Programando o processador As instruções são implementadas como padrões binários; cada uma delas significa algo diferente quando são carregadas pelo registrador de instruções. Como pessoas não são tão boas em lembrar padrões binários, um conjunto de pequenas palavras foi definido para representar os diferentes padrões binários. Esta coleção de palavras é conhecida como a linguagem assembly do processador. Um assembler (montador) pode traduzir as palavras para o seu padrão binário e a informação de saída do assembler é alocada na memória para ser executada pelo microprocessador.

Programando o processador LOADB mem - carrega o registrador B do endereçamento de memória CONB con - carrega um valor constante no registrador B SAVEB mem - armazena o registrador B no endereçamento de memória SAVEC mem - armazena o registrador C no endereçamento de memória ADD - soma A com B e armazena o resultado em C SUB - subtrai A de B e armazena o resultado em C MUL - multiplica A por B e armazena o resulado em C DIV - divide A por B e armazena o resultado em C COM - compara A com B e armazena o resultado no registrador teste STOP - pára a execução LOADA mem - carrega o registrador A do endereçamento de memória

Programando o processador 0 CONB 1 // a=1; 1 SAVEB 128 2 CONB 1 // f=1; 3 SAVEB 129 4 LOADA 128 // if a > 5 desvia para 17 5 CONB 5 6 COM 7 JG 17 8 LOADA 129 // f=f*a; 9 LOADB 128 10 MUL 11 SAVEC 129 12 LOADA 128 // a=a+1; 13 CONB 1 14 ADD 15 SAVEC 128 16 JUMP 4 // volta para o if 17 STOP a=1; f=1; while (a <= 5) { f = f * a; a = a + 1; }

Sistemas de Informações Em qualquer atividade humana, verifica-se que a resolução dos problemas consiste em uma série de tarefas, das quais as fundamentais são: decidir o que e como fazer e executar as operações.   Podemos dizer que um Sistema de Informação consiste em  transformar ou ordenar  informações para alguma finalidade prática. 

Sistemas de Informações Entrada Processamento Saída Retroalimentação É algo físico que recebe dados como entrada, transforma esses dados pela execução de um programa armazenado (Software) e envia informações para diversos dispositivos.

Representação dos dados Como a CPU é um circuito eletrônico que distingue somente dois estados físicos, ligado ou desligado, representados pelos números 0 e 1 – dígitos binários. Mediante uma série de ‘truques eletrônicos’, a CPU tem a capacidade de somar e comparar grandezas. A menor unidade de memória é o bit (Binary digiT – dígito binário) que corresponde a um 0 ou um 1. 21 = 2 combinações (0, 1) 22 = 4 combinações (00, 01, 10, 11)

Representação dos dados Byte A combinação de 8 bits forma um BYTE. 28 = 256 combinações (00000000 a 11111111), suficiente para representar letras,dígitos e caracteres especiais.

Representação dos dados As medidas mais utilizadas e a sua equivalência física são: Bit = dígito binário. Equivale a um interruptor . Byte = conjunto de 8 bits. Equivale a um caractere. kilobyte (kb) = 1024 bytes. Equivale a um A4. Megabyte (Mb) = 1024 kilobytes. Equivale a um livro Gigabyte (Gb) = (230) = 1024 megabytes. Equivale a uma biblioteca. Terabyte (Tb) = (240) = 1024 gigabytes. Equivale a 200 filmes em DVD.

Representação dos dados 1 Byte = 8 bits 1 Kilobyte (ou KB) = 1024 bytes 1 Megabyte (ou MB) = 1024 kilobytes 1 Gigabyte (ou GB) = 1024 megabytes 1 Terabyte (ou TB) = 1024 gigabytes 1 Petabyte (ou PB) = 1024 terabytes 1 Exabyte (ou EB) = 1024 petabytes 1 Zettabyte (ou ZB) = 1024 exabytes 1 Yottabyte (ou YB) = 1024 zettabytes