Introdução

       

      O trabalho esta dividido em forma de sub-tópicos, sendo que os mesmos estão também disponíveis no menu Índice ao lado. As informações aqui apresentadas são fruto de pesquisa em livros e sites sobre os temas citados. Este Blog é parte das atividades avaliativas da disciplina Informática Aplicada a Educação, do curso de Licenciatura em Computação do IFBA/ Valença – BA.

Arquitetura de von Neumann

A Arquitetura de Von Neumann, é uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados. A Maquina proposta possuía 5 partes básicas: A memória, Uma unidade aritmética lógica, Uma unidade de Controle de programas e dispositivos de entrada e saída de dados.  

Em comparação com o modelo atual de computador a unidade aritmética seria o precursor dos processadores atuais, que contava com um registro interno de 40 bits chamado de acumulador. Um tipo exemplo de instrução seria  somar uma palavra da memória ao acumulador e armazenar isso na memória. A memória constaria de 4096 palavras, cada uma com 40 bits (0 a 1). Cada palavra poderia conter duas instruções de 20 bits ou um numero inteiro de 39 bits e seus caracteres. Estas instruções teriam por sua vez 8 bits.

Mesmo com  os diversos tipo de computadores disponíveis hoje, os princípios de funcionamento básico de todos eles são os mesmos e inspirados nos propostos por Neumann.

Conceitos Básicos: Clock E Hertz

O chamado clock  atua como um sinal de sincronização entre os dispositivos do computador, ao receberem esse sinal para executar uma determinada tarefa temos o chamado  “Pulso” ou simplesmente clock. A cada pulso, os dispositivos executam suas tarefas, param e vão para o próximo ciclo de clock.

Para medir os clock’s utilizamos a unidade chamada hertz (Hz), utilizada para medir freqüências. Ela indicara o número de ciclos que ocorre dentro de um período de tempo. No caso dos clock essa medida é feita em unidades de segundos.  A nomenclatura traz ainda os  kilohertz, (KHz), megahertz (MHz), e gigahertz (GHz), representando 1000, 1 milhão e mil megas respectivamente. Como exemplo um processador que trabalha a 2.5 GHz é capaz de realizar 2.500.000.000 operações por ciclo ou pulso (clock), sendo que atualmente os processadores realizam 2 ou mais pulsos por segundo.

Exemplo de medição em Hertz

Os clocks podem ser classificados como interno e externo. O primeiro é referente aos as freqüências de ciclos realizados pelo processador, e o segundo é também conhecido como barramento frontal ou Front Side Bus (FSB). O FSB é  o caminho de comunicação do processador com o chipset da placa-mãe (northbridge) .

Arquitetura externa de um processador

        A arquitetura Externa de um processador diz respeito aos barramentos que ligam o processador a memória e dispositivos , a transmissão de informações entre eles. Os meios pelos quais as informações trafegam são chamados de barramentos. A figura abaixo ilustra o esquema de barramentos de um processador:

         Os barramentos externos de um processador  são os de dados, endereços e sinais de controle, de modo que para cada tipo de conjunto de informações existe um barramento dedicado. Os barramentos de dados e de controle são ditos barramentos bidirecionais, podem tanto entrar quanto sair do processador e/ou dispositivo do sistema., já o  barramento de endereços é unidirecional. As informações que trafegam podem somente sair do processador e entrar nos dispositivos de sistema. As principais características de cada barramento são:


Barramento de Dados: todos os dados e instruções de dados que serão manipulados internamente pelo processador utilizam o barramento de dados para serem transferidos dos periféricos do sistema para o
processador. O mesmo acontece com as informações já processadas.



Barramento de Endereços: O barramento de endereços é utilizado pelo processador para fazer o endereçamento de todos os periféricos do sistema, tais como: memórias RAM, controladores de vídeo, unidades de disco, entre outros.

Barramento de Controle: Através do barramento de controle o processador recebe e envia sinais de  controle para todos os dispositivos do sistema.

disponivel em : http://www.ccet.unimontes.br/arquivos/dcc/heveraldo/1151.pdf

Arquitetura Interna de um processador

A arquitetura interna do microprocessador se  caracteriza pela existência de quatro

unidades funcionais básicas, denominadas: ULA, UC, UB, UI, UE e UA além do registrador e Memória Cache

O registrador é um dispositivo de armazenamento de dados, presente dentro do processador. O tamanho do registrador é medido em bits, variando de 32 a 256 bits nos processadores atuais. O conjunto de todos os registradores forma uma memória interna do processador, de alta velocidade, mas de baixa capacidade se comparada com outras memórias (cache ou principal). Quando se diz que um processador é de 32 bits ou 32-bit, significa que ele possui registradores de 32 bits.

A memória cache é uma memória intermediária entre a memória principal e os registradores do processador. Ela é dividida em níveis LX ( level X), onde X é um número natural. É bastante comum haver CPUs com 2 níveis de cache: cache L1 e cache L2, mas há CPUs com 3 níveis: L1, L2 e L3. Geralmente as caches L1 e L2 estão embutidas ( on-chip ou on-die) no chip do processador. Nos computadores antigos, era possível encontrar a cache L2 fora do chip da CPU, pois isso reduzia o custo de fabricação do processador.

• Unidade de controle (UC), no momento em que uma CPU está executando uma instrução, um ciclo de seqüência definida deverá ser executado. Este ciclo irá gerar uma série de sinais elétricos ordenados dentro de um intervalo de tempo que utilizará como base de temporização o relógio da CPU. Estes sinais elétricos gerados pela UC irão permitir que a ULA execute suas tarefas de forma correta e com os operandos definidos na instrução
• A UB (unidade de interfaceamento de barramentos) manipula (direciona) todos os dados sinais de controle sobre dados ], endereços e instruções possibilitando o acesso a memória requisitado pelo processador 
• A UI (unidade de decodificação de instruções ) recebe instruções da fila de pré-busca, as decodifica e gera uma nova fila para a unidade de execução
• A UE (unidade  de execução) é responsável por  executar as intrusões decodificadas pela UI.  A ULA é uma unidade de execução responsável pela execução das operações lógicas e aritméticas 
• A UA (unidade de geração de endereços) é responsável pela geração de endereços fiscos para operação da CPU. 

O esquema abaixo representa a arquitetura interna de um processador intel 8086:

Lei de Moore

A Lei de Moore, é um termo usado para designar a previsão feita por Gordon Moorena década de 70, um dos fundadores da Intel. Essa previsão dizia que a potencia dos processadores dobraria a cada período de 18 Meses. Ao que tudo indica a Lei de Moore funcionou perfeitamente mais de duas décadas.

Segundo  Carlos E. Morimoto:

           “Muitos acreditam que os processadores possam continuar dobrando de potência a cada 18 meses, ou até em menos tempo pelos próximos 50 ou 80 anos”

 disponível em http://www.guiadohardware.net/termos/lei-de-moore

Segundo este autor o ciclo evolutivo dos transistores como os conhecemos esta próximo do fim, no entanto eles ainda devem continuar evoluindo por aproximadamente mais uma década, até os limites das técnicas de 0.02 mícron, onde cada gate terá o equivalente a apenas um átomo de ouro de largura.  Essa tendência a uma larga redução de tamanho se deve ao fato de que não adiantaria reduzir o número de transistores para aumentar a freqüência de operação do processador, a solução foi é diminuir o tamanho dos transistores.

 Com transistores menores tornou-se possível  tanto aumentar o número deles em cada chip, quanto aumentar sua freqüência de operação, e graças a isso tivemos uma enorme evolução de processadores nas ultimas décadas.  Atualmente estamos migrando dos 0.18 mícron para os 0.13 mícrons, e devemos considerar que ainda restam pelo menos mais 5 gerações pela frente, as barreiras de 0.10, 0.07, 0.05, 0.03 e 0.02 mícron

Quad FX

No ano de 2006 a Intel apresentou sua nova micro-arquitetura de processadores  Core, desenvolvida inicialmente pela AMD, notou-se uma  significativa melhora no desempenho dos processadores Intel. Deste modo a AMD teve que a liderança tecnológica para o concorrente.  Diante desse cenário a AMD se viu obrigada a acelerar o lançamento de sua nova micro-arquitetura par atualizar o se então processador de mercado o K8, que rapidamente ficou obsoleto diante das novas CPU’s Intel. Outro ponto é que a Intel acabava de anunciar que estava preparando a transição para a arquitetura quad-core para breve.

A primeira estratégia da AMD foi reduzir drasticamente o preço de toda sua linha de produtos na intenção de se manter mais competitiva.   O segundo passo  é o lançamento da plataforma AMD Quad FX  também conhecido inicialmente como 4x4), ao final de 2006 precisamente em dezembro a AMD, apresenta ao mercado o QUADFX, um sistema “dual-socket” direcionados para aplicações desktop. O Quad FX não se trata exatamente de um processador quad-core, mas sim de dois processadores da série FX, espetados na mesma placa mãe e ligados através de um link HyperTransport. Ou seja, temos um sistema dual-CPU.

 Placa com tecnologia Quad FX

As especificações da plataforma  AMD Quad FX são:

• Processador de núcleo: Windsor dual-core;
• Cache L1: 128KB por núcleo (64KB para dados e 64KB para instruções);
• cache L2: 1MB de cache por núcleo exclusivo;
• Barramento HyperTransport: três bus de 16bit/16bit trabalhando em 2000MHz;
• Memória: dual-channel controlador de SDRAM DDR2 SDRAM Unbuffered apoio DDR2-800/667/533;
• LGA 1207 pinos;
• 90nm, silício sobre isolante, Dual Stress Liner;
• Transistores: ~ 227 milhões.

O quad fx foi lançado inicialmente em três versões:FX-70 (2x 2.6 GHz), FX-72 (2x 2.8 GHz)  FX-74 (2x 3.0 GHz). Todas são baseadas no core Windsor (0.09 micron). Cada uma possui 1 MB de cache por core, totalizando 2 MB para cada um dos dois processadores.

Como o soquete AM2 possuía suporte a um único barramento HyperTransport, usado para interligar o processador ao chipset,  a AMD adotou o  soquete F, para permitir a inclusão de um barramento adicional, necessário para fazer a interligação entre os dois processadores,  O soquete F utiliza o sistema LGA (Land Grid Array) como os Processadores Intel porem em comparação com o sockete 775, o  soquete F possui um número maior de contatos, um  total de  1207. Este número é necessário pois o processador passa a dispor de três barramentos HyperTransport independentes.  Um deles é utilizado para ligar o processador ao chipset, outro para permitir a comunicação entre os dois processadores e o terceiro fica disponível para a inclusão de recursos adicionais. Cada processador possui seu próprio controlador de memória dual-channel em um total de 4 módulos: dois para cada processador. 

Sockete F (1207)

Para a Plataforma AMD Quad FX foi necessário não apenas novos processadores, mas também novos chipsets e placas-mãe. D A AMD  firmou uma parceria com a Nvidia na produção deste novo  chipset. Para a nova plataforma Quad FX da Nvidia introduziu uma lógica de núcleo especial chamado 680a SLI nForce. Este foi o primeiro chipset adotado para a tecnologia QUAD FX.


Estes são os processadores atualmente disponíveis e compatíveis com a tecnologia Quad FX: (Observe que os processadores citados são vendidos em pares)

	Athlon FX 64-74	Athlon FX 64-72	Athlon FX 64-7
Velocidade do clock	3,0 GHz	2,8 GHz	2,6 GHz
Socket	Socket 1207
Sistema de bus	HyperTransport, 2 GHz
Vcore	1,35-1,4 В
Máx. Temperatura	55-63 º C	55-63 º C	56 º C
TDP	125 Вт
cache L2	1MB + 1MB
Processo de produção	90 nm SOI