Baixe Microprocessadores e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! Microprocessadores Microprocessador Pentium 7 DAS iA is nn sr ua INSTRUCTIÓN Il Dedico ni BRANCH [dl Aço] LOGIC COMPLEX BUS INTERFACE INSTRUCTION SUPPORT tidas NH. INTE dd EXECUTION RS E E PIPELINED in Bersainic Ide INR Como são fabricados... • O primeiro passo é a obtenção da wafer (ou bolacha) de silício a partir de cilindros de silício. • A wafer de silício possui diversas camadas fotossensíveis às quais são aplicadas sucessivamente diversas máscaras através de luz ultravioleta que criando desta forma o processador. No caso do Core 2 Duo da Intel são aplicadas 26 máscaras. • Depois de obtidos os processadores, na ordem das centenas por cada wafer eles são recortados da mesma e testados. O relógio (Clock) • Onda eléctrica quadrada gerada por um cristal de quartzo. • O nº de ciclos por segundo é medido em hz. Estrutura do CPU • Virtualmente quase todos os computadores contemporâneos são baseados na arquitectura de Von Newman e são baseados em 3 conceitos: – Os dados e as instruções são armazenados numa memória de leitura/escrita – O conteúdo desta memória é endereçado por localização sem preocupação com o tipo de dados – A execução ocorre de uma forma sequencial (a não ser que explicitamente modificada) de uma instrução para outra • A CPU é quem vai exercer o controlo entre os vários registos da memória e calcular as operações tendo em conta os vários sinais de controlo Barramentos • Barramento de endereços • Barramento de dados • Barramento de controlo Estrutura de um computador moderno Arithmetic and Logic Unit 1 i 1 1 I i Accumulator|e MQ ot tr Arithmetic & Logic Circuits 1 1 i 1 Input ! +» MBR ! + Output | ' Instructions | I & Data Main Equipm | Memory 1 ! Y i IBR PC + ' ! F | MAR : IR e b Control Ly ! ! Circuits + ! 1 | Lo TI 1 1 Program Control Unit ! Address 1 Vistas do CPU ALU CPU Bus —= Registos Control Data Address Bus Bus Bus Neem System Bus A Controlo Figure 11.1 The CPU with the System Bus. Figure 11,2 Internal Structure of the CPU, Organização dos Registos • Os registos agrupam-se em dois grandes grupos: – Registos visíveis ao utilizador – Registos de controlo de estado. • Os registos visíveis ao utilizador permitem ao programador minimizar as referências à memória principal e podem ser caracterizados nas seguintes categorias: – Registos de Uso Geral – Registos de Dados – Registos de Endereço – Códigos de condição Registos visíveis ao utilizador • Registos de Uso Geral - podem ser atribuídos a uma variedade de funções pelo programador, normalmente podem conter operandos para qualquer código de operação • Registos de Dados - só podem ser utilizados para guardar dados e não podem ser utilizados em operações de cálculo de endereços • Registos de Endereço - podem ser de uso geral ou podem estar vocacionados para um modo de endereçamento particular (ex. Stack pointer) • Códigos de condição - também chamados de flags, geralmente agrupados em um ou mais registos que são alterados apenas pelo CPU dependendo da última operação lógica ou aritmética Registos de Controlo de Estado • Os Registos de Controlo de Estado são utilizados pela unidade de controlo para controlar a operação do CPU e por programas privilegiados (sistema operativo) para controlar a execução de outros programas. Como exemplos destes registos temos os quatro registos essenciais à execução de instruções: – Program Counter (PC) - contém o endereço de uma posição de memória; – Instruction Register (IR) - contém a instrução adquirida mais recentemente – Memory Access Register (MAR) - contém o endereço de uma posição de memória – Memory Buffer Register (MBR) - contém uma palavra de dados a ser escrita em memória ou a palavra lida mais recentemente Ciclo de instrução Lrvirentmem rd rente Operand store Multiple operands Operand address calcul Operand address calculation Data Operation operation decoding . . Na Retum for string interrupt or vecior data Instruction complete, Teteth next instruction Ciclo de Instrução Ciclo de aquisição • Durante um ciclo de aquisição, uma instrução é lida da memória. • O PC contem o endereço da próxima instrução a ser adquirida. • Este endereço é copiado para o MAR e colocado no bus de endereços. • A unidade de controlo faz um pedido de leitura de memória e o resultado é: – Colocado no bus de dados – Copiado para o MBR – Movido para o IR. • Entretanto o PC é incrementado, preparando-se o próximo ciclo de aquisição Ciclo indirecto CPU A MAR sy K5 e Control Unit | Address Data Control Bus Bus Rus Ciclo de interrupção • Tanto os ciclos de aquisição como os ciclos indirectos são simples e previsíveis. • No caso dos ciclos de interrupção, sendo estes também simples e previsíveis, o valor do PC é salvaguardado, podendo o CPU retomar a actividade que estava a desenvolver logo após a interrupção. • O valor do PC é transferido para o MBR e escrito em memória. • O local reservado em memória para este efeito é carregado no MAR a partir da unidade de controlo. • O PC é carregado com o endereço da rotina de interrupção, como resultado, o próximo ciclo de instrução irá começar na instrução apropriada. Ciclo de interrupção Nemo Address Data Control Bus Bus Bus Clock (ou Frequência) Externo • Determina quantos ciclos por segundo (Hz) serão efectuados no barramento que liga a Placa-mãe ao Processador (esse é o Barramento Frontal – FSB). • O clock pode ser, normalmente, 400MHz, 533MHz, 800MHz ou 1066MHz, dependendo do processador; • A Placa-mãe tem que ser compatível com o processador nesse requisito (e em outros). • Clocks externos maiores determinam maior taxa de transferência de dados entre o processador Clock Externo x Mult = Clock Interno Origem dos diversos sistemas de relógio presentes num PC Dispositivo/ Componente Frequência de relógio (MHz) Origem do sinal de relógio Processador 600 Barramento de sistema x 4.5 Memória cache L2 300 Barramento de sistema x 2.25 Barramento de sistema 133 Barramento AGP 66 Barramento de sistema /2 Barramento PCI 33 Barramento de sistema / 4 Barramento ISA 8.3 Barramento de sistema / 16 Arquitectura do Processador • Ainda podemos dividir os Microprocessadores, de acordo com sua arquitectura interna, em: – RISC ou CISC; • RISC: processadores com menos instruções; essas instruções são mais simples (podendo ser executadas em um ciclo de clock); • CISC: processadores com mais instruções; essas instruções são mais complexas. – 32 bits ou 64 bits; • Descreve a palavra do processador (o tamanho do dado/instrução que pode ser manipulado pelo processador de uma única vez); • A maoria dos nossos processadores são da “geração” de 32 bits, ou seja, manipulam, por vez, 4 bytes. • Já existem processadores que conseguem entender informações de 64 bits de uma única vez (são processadores mais novos); Processamento Pipeline • Para além dos componentes eléctricos, a eficiência dos processadores pode ser aumentada através da própria organização dos elementos constituintes do CPU. • Podemos,por exemplo, utilizar vários registos e/ou utilizar memória cache. • Uma técnica que vai permitir aumentar a eficiência do processador tem a ver com a utilização do processamento pipeline. • A estratégia usada é semelhante a uma linha de produção de uma fábrica. – Este processo consiste em trabalhar os produtos nas várias fases de fabrico, simultaneamente, permitindo a decomposição de instruções complexas em outras mais simples. Processamento Pipeline • Se reconhecermos que as instruções são executadas por fases (por exemplo duas: aquisição e execução) podemos explicar o conceito pipeline em duas fases independentes. – A primeira fase consiste em adquirir uma instrução, utilizando para tal os ciclos de memória deixados livres pela segunda fase, e colocá-la num buffer. – A segunda fase, consiste em executar a instrução adquirida na 1ª fase disponível no buffer. QuickTime Á and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture. Microprocessadores da Intel • Desktop – Celeron; Celeron D; Pentium 4; Pentium D; Core 2 Duo. • Portáteis – Celeron M; Pentium M (Centrino); Core Solo (Centrino); Core Duo (Centrino); Core 2 Duo. • Servidores – Xeon; Xeon MP; Itanium 2; Celeron = Eo processador “mais básico” da Intel, recomendado para o uso em tarefas simples do dia a dia. m Está sendo “aposentado” pela Intel. m Possui clocks de 950MHz a 2,8GHz (clock interno). m Cache L2 de 128KB e 256KB, Pentium D = É um processador que ) supostamente sucederáã a família Pentium; = Possui dois núcleos de execução (Dual Core); = Cache L2 de 2xiMB a 2x2MB (uma cache para cada núcleo); = Clocks de 2,8GHz a 3,4GHz. = Barramento Frontal: 800MHz Celeron M = Processador para notebooks, que apresenta baixo consumo e energia (ideal para a autonomia das baterias); = É usado no mercado doméstico; = Cache L2 de 512KB a 1MB; = Clocks de 1,2GHz a 1,6GHz. = Barramento Frontal: 400MHz Pentium M es Ma] [E = Processador para notebooks. Apresenta desempenho maior que o Celeron M; = É usado no mercado doméstico/corporativo; = Cache L2 de IMB a 2MB; m Clocks de 1,5GHz a 2,2GHz. = Barramento Frontal: 400MHz e 533MHz m Faz parte da Tecnologia Móvel Centrino, da Intel Xeon = Processador usado no Mercado de Servidores. Pode ser encontrado montado em sistemas multiprocessados (mais de um processador); = Cache L2 de até 2MB; = Cache L3 de até 8MB; = Clocks de 2GHz a 3,8GHz. = Barramento Frontal: 667MHz e 800MHz = Existe Xeon Dual-Core (Núcleo Duplo); (e) Itanium : ] = Processador poderoso de 64bits da Intel. Esse processador não é compatível com os sistemas operacionais que usamos (Windows); = Cache L2 de até 2MB; = Cache L3 de até 9MB; = Clocks de 1,3GHz a 1,6GHz. = Barramento Frontal: 667MHz = Computação exclusivamente de 64 bits (Arquitetura IA64) Microprocessadores da AMD • Desktop – Sempron; Athlon 64; Athlon 64 X2; Athlon 64 FX; • Portáteis – Mobile Sempron; Mobile Athlon 64; Turion 64; • Servidores – Opteron; Athlon 64 X2 Pts RA = É processador de núcleo duplo da AMD = Possui clocks de 2,0GHz a 2,4GHz (clock interno). m Cache L2 de 2x512KB e 2xiMB (uma para cada núcleo); = Dotado de AMD64, Hyper Transport e Controlador de memória DDR integrado ao processador. Athlon 64 FX = Eo processador da AMD de alta performance (concorre com o Pentium 4 Extreme Edition, da Intel); = Possui clocks de 2,6GHz a 2,8GHz (clock interno). m Cache L2 de 512KB e 2xiMB (Há um modelo com 2 núcleos): = Dotado de AMD64, Hyper Transport e Controlador de memória DDR integrado ao processador. Turion É o processador da AMD de baixo consumo para notebooks; m Possui clocks de 1,6GHz a 2,0GHz (clock interno). = Cache L2 de 512KB e 1MB; = Dotado de AMD64, Hyper Transport e Controlador de memória DDR integrado ao processador. Controle da Memória (AMD x Intel) Consumo energético de um computador • Na batalha entre a Intel e a AMD uma das guerras prende-se com o consumo de energia dos processadores, e consequente aquecimento dos mesmos. • O consumo de energia dos procesadores está relacionado com a sua potência, medida em Watts. • Num computador o consumo é a soma das potências de todos os diferentes componentes incluindo o processador. • Nos portáteis não aparece na maior parte dos casos a potência, mas sim a sua voltagem e amperagem. Para calcular a potência a partir destes dois valores faz-se a seguinte conta: P = V*I. • Para saber quanto é que o seu computador gasta por hora deverá saber o preço da energia, que geralmente vem em Kw/h, e fazer a conta da seguinte forma: Consumo/h = (P/1000)*(preço kw/h).