Professor: Alceu Bernardino Rodrigues Disciplina: Unidade de Processamento- CPU (Central Processing Unit).

Identificando o processador

• O processador (ou CPU) Assim como o Chipset da placa mãe é uma das partes principais do hardware do computador é responsáveis pela execução dos programas, de cálculos, decisões lógicas, leitura e gravação de dados na memória, controle de entrada e saída de dados dos periféricos, controle do barramento e instruções que resultam em todas as tarefas que um computador pode fazer. Por este motivo, é chamado de "cérebro" destas máquinas.

O Processador: IntroduçãoO Processador: Introdução

• Clock: Estabelece o sincronismo para a comunicação entre os elementos do hardware (memória, processador, periféricos). Quanto maior for o clock, mais operações poderão ser executadas ao mesmo tempo.

• Capacidade de processamento (bits), comprimento do código que pode ser trabalhado em uma única operação.

• Memória cache: Rápidas e internas ao processador.• Barramento: Interno (mais rápido) e externo muito mais

lento• Socket: Que prende, conecta o processador a placa mãe.• Quantidade de núcleos (core).

Principais Características do Processador

• Processadores são chips feitos de silício que respondem pela execução das tarefas lógicas cabíveis a um computador. Eles trabalham através de instruções humanas que são convertidas em linguagem de máquina ( Binária). Para compreender como os processadores trabalham, dividimos em partes:

• UC: Unidade de Controle• ULA: Unidade Lógica e Aritmética • RR: Rede de Registradores• Memória cache, L1, L2, L3• GPU: Unidade de Processamento Gráfico

Arquitetura dos processadores

• Front Side Bus: É o caminho de comunicação do processador com o Chipset da placa-mãe, mais especificamente o circuito ponte norte. É mais conhecido em português como "barramento externo“. Em geral este termo aparece quando há menção ao clock externo do processador. Por exemplo "FSB de 100 MHz" significa "clock externo de 100 MHz".

• Todos os processadores a partir do 486DX2 passaram a usar um esquema chamado multiplicação de clock, onde o clock interno do processador é maior do que o seu clock externo (ou seja, clock do barramento externo ou FSB). Por exemplo, o Pentium 4 de 3,2 GHz trabalha internamente a 3,2 GHz, porém externamente ele opera a 200 MHz(ou seja, seu FSB é de 200 MH)

BARRAMENTO: FSB

ESTRUTURA SIMPLIFICADA DO BARRAMENTOESTRUTURA SIMPLIFICADA DO BARRAMENTO

Diagrama dos barramentos no computador antigo

BARRAMENTOS MAIS ATUAIS

Arquiteturas 32 bits ou 64 bitsEssas arquiteturas referem-se à quantidade de dados e instruções com que o processador consegue trabalhar em cada operação. Para calcular esse valor, é preciso calcular 2 elevado à quantidade de bits internos do processador:16 bits = 2^16 = 65.53632 bits = 2^32 = 4.294.967.29664 bits = 2^64 = 18.446.744.073.709.551.616Nota: O símbolo ^ significa "elevado a"Portanto, a arquitetura de 64 bits consegue lidar com uma quantidade maior de dados simultaneamente.

bits

• Os processadores no inicio realizavam todas as operações com um número bem pequeno de instruções. Como os de 8,16, 32 bits, atualmente estes trabalham com códigos de 64 bits. Foto 1º processador (calculadoras)

Evolução dos processadores

Evolução dos processadores

• Nas etapas de encapsulamento, o processador é inserido em uma espécie de "carcaça" que o protege e contém contatos metálicos para a sua comunicação com os componentes do computador. Em geral, os processadores possuem em sua parte superior uma espécie de "tampa" metálica chamada "Integrated Heat Spreader" (IHS), que serve para protegê-lo e facilitar a dissipação de calor.

Encapsulamento dos processadores

O encapsulamento cobre a parte superior do chip faz a dispersão de calor devido ao contato direto com o cooler (ventoinha)

PGA: sigla de Pin Grid Array (algo como "matriz de pinos"), esse é um tipo de encapsulamento que faz com que o processador utilize pinos de contato que devem ser inseridos em um encaixe adequado na placa-mãe do computador onde a pastilha fica parcialmente exposta na parte superior do chip.

Encapsulamento dos processadores soquete PGA

• A AMD com os processadores Duron e Athlon padrão de pinagem soquete A de 462 pinos e os Celeron e Pentium III da Intel, possuem um padrão de pinagem semelhante chamado, PGA 370 ou 423 pinos são incompatível não se pode trocar um processador AMD pelo Intel como era feito anteriormente.

Processadores antigos ainda em uso

Encapsulamento dos processadoresSoquete PGA 478B Intel e 754 AMD

• Soquete 939: Foi usado pelo Athlon 64 FX e pelas versões iniciais do Athlon X2. Ele surgiu como uma versão desktop do soquete 940 que era usado pelo Opteron. As duas plataformas eram idênticas (dual-channel, HyperTransport) operando a 1.0 GHz e assim por diante.

• Soquete AM2: O uso do controlador de memória integrado (GPU)obrigou a AMD a migrar para um novo soquete com a transição para as memórias DDR2, já que a pinagem dos módulos é diferente. Isso deu origem ao soquete AM2 com suporte a DDR2 e dual-channel, que substituiu tanto o soquete 754 quanto o 939.

Soquete para processadores com pinos

• Soquete AM3: O AM3 surgiu da necessidade de oferecer um soquete compatível com as memórias DDR3, que começaram a se tornar mais populares a partir do lançamento do Core i7.

• Soquete FM (A4/A6/A8) , Soquete FM2 é um soquete de CPU usado pelas AMD APUs (Accelerated Processing Units) que unem processador mais placa gráfica em um único chip com um baixo consumo de energia. As placas-mãe para processadores AMD com o soquete FM2 utilizam o Chipset A85X.Por outro lado, a migração para as memórias DDR3 quebrou a compatibilidade com os processadores AM2 e AM2+ antigos, que não podem ser usados nas novas placas. Devido a isso, o AM3 adotou o uso de 3 pinos de controle, que impedem o encaixe dos processadores incompatíveis.

Soquete para processadores com pinos

• Soquete LGA-775: O soquete 775 marcou a migração da Intel para o padrão LGA, onde os pinos foram movidos do processador para o soquete, encurtando o comprimento das trilhas e permitindo assim o uso de frequências ligeiramente mais altas.

• Ele foi introduzido com o lançamento do Pentium 4 com core Cedar Mill, foi usado durante a era Pentium D e continuou na ativa durante toda a era Core 2 Duo e Core 2 Quad, sendo aposentado apenas com a introdução do Core i7.

Soquete LGA-775, sem pinos, esses mudam para a placa-mãe

• Soquete LGA-1366: Marcou a migração da Intel para o uso de controladores de memória integrados(Chipset Nort bridge). Com isso, o número de contatos no processador aumentou bastante, dando origem ao LGA-1366 usado pelos Core i7.

• Soquete LGA-1156 e Soquete H2 LGA-1155 LGA 1150: São a versão "desktop" do LGA-1366, usado pelos Core i7 e Core i5, i3. As duas grandes diferenças entre as duas famílias é o uso do controlador PCI-Express integrado e o uso de um controlador de memória dual-channel (que levou à redução no número de contatos). O LGA-1156 marcou também o fim da ponte norte do Chipset, movida para dentro do processador.

Soquete LGA atuais

• O Soquete LGA2011: é usado pelo high-end Core i7 3960X. Além disso, o E7 Xeon, Ivy Bridge EX EX Haswell e seu sucessor

O Soquete LGA2011

O Soquete LGA2011

• O primeiro passo na fabricação de processadores è a obtenção da barra de Silício: um elemento químico extremamente abundante, tanto que é considerado o segundo mais comum na Terra. É possível extraí-lo de areia, granito, argila, entre outros.

• É semicondutor, isto é, tem a capacidade de conduzir eletricidade. Essa característica somada à sua existência em abundância faz com que seja extremamente utilizado pela indústria eletrônica.

Processadores: fabricação a partir do silício

• A fabricação dos processadores se inicia a partir de cilindros de silício puro. O cilindro é "fatiado", isto é, cortado em várias partes. Cada uma dessas divisões recebe o nome de wafer. Em uma etapa mais adiante, cada wafer será dividido em vários "quadradinhos" (ou "pastilhas").

• No passo seguinte, a superfície do wafer passa por um processo de oxidação, onde a aplicação de gases especialmente oxigênio a temperatura elevada forma uma camada de dióxido de silício. Essa camada servirá de base para a construção de milhares e milhares de transistores, minúsculos componentes capazes de "amplificar" ou "chavear" sinais elétricos, além de outras funções relacionadas.

Fabricação de processadores

Processo de formação dos Transistores, os minúsculos componentes do processador

“Wafer” CAMADAS DO PROCESSADOR

Wafer de silício com centenas de processadores

O processador em pastilha

• A era multi-core: Conforme a tecnologia dos processadores foi progredindo, o tamanho de seus transistores foram diminuindo de forma significativa. Contudo, após o lançamento do Pentium 4, eles já estavam tão pequenos (0.13 micrometros) e numerosos (120 milhões) que tornou-se muito difícil aumentar o clock por limitações físicas, principalmente pelo superaquecimento gerado.

• A principal solução para este problema veio com o uso de mais de um núcleo ao mesmo tempo, através da tecnologia multicore. Assim, cada núcleo não precisa trabalhar numa frequência tão alta.

• Por exemplo, um processador dual core 1.5 Ghz poderia ter um desempenho semelhante a um single-core de 3 Ghz.

Processadores multi-core: vários núcleos

• Os Core 2 Duo mostram uma superioridade incrível. O grande motivo da diferença em desempenho é o novo sistema de núcleo da Intel com uma frequência (velocidade) mais baixa, um pouco mais de memória interna, modos mais eficiente de compartilhamento de recursos e alguns outros detalhes, os Core 2 Duo são os processadores mais potentes no ramo dos Dual Core. O Intel Core 2 Duo é indicado para jogos de última geração, edição de imagem e vídeo, programas matemáticos ou de engenharia e tarefas que requisitem alto processamento.

Processadores Core 2 Duo

Fala-se em tecnologia multicore quando o processador tem vários núcleos. “Multicore" em português significa vários núcleos, ou seja, mais de dois núcleos de

processamentos embutidos em um chip, em vez de apenas um núcleo ("Single core").Produz um resultado interessante, principalmente para quem trabalha com várias janelas e/ou muitos aplicativos abertos ao mesmo tempo, ou edita vídeos em alta resolução, esses processadores já tem a GPU (Unidade de processamento Gráfico) integrada Dispensando o Chipset Nort-Bridge.

Processadores : Multicore

Coolers e dissipadores de calorO grande problema da informática sempre foi e sempre será o do aquecimento de componentes. O desafio da evolução tecnológica estaria em conciliar melhor desempenho e ao mesmo tempo evitar uma geração excessiva de calor que pode, na pior das hipóteses, queimar e inutilizar o hardware. É exatamente para isso que existem os coolers, que também são chamados de fan. Eles são dispositivos com a única e exclusiva função de dissipar o calor gerado pelo funcionamento do computador.O cooler absolutamente indispensável é o usado para o resfriamento do processador. Ele é composto de duas partes: o dissipador e a ventoinha. O dissipador nada mais é do que uma placa de alumínio que vai absorver o calor gerado pelo funcionamento da CPU.

ProcessadoresApresentação para Informática Prática

Professor Alceu Bernardino

Palhoça Julho de 2013

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MARAM, RUTH. Aprenda a usar o computador e a Internet através de imagens. Rio de janeiro: Reader´s Digest, Brasil, 1990. Barcela, Ricardo Rodrigues. Arquitetura de computadores. Disponível em: http://www.ricardobarcelar.com.br/aulas/arquitetura/aula3-processadores.pdf Acesso em: 27 de julho de 2013. AZEVEDO, Rogério. ARQUITETURA DE COMPUTADORES. Disponível em: http://media.wix.com/ugd/94dfe3_61ebe19d4d39e4c71f0b9d3d93207b16.pdf?... Acesso em: 27 de julho de 2013.

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