processadores
O processador, também conhecido como CPU, é peça fundamental dos
computadores. E não estamos falando apenas dos famosos PCs. Celulares,
video games, smartphones, tablets: todos esses dispositivos precisam de
processadores para funcionar. Esse componente tão vital é responsável
por carregar e realizar as operações aritméticas e lógicas de que os
programas de computador fazem uso. Portanto, nada funciona sem a famosa
CPU.
Levou décadas para que chegássemos aos modelos atuais de
processadores. Na verdade, demoramos alguns anos para chegar também à
ideia que temos hoje de como uma CPU funciona. Antes, os softwares não
eram compatíveis com todos os modelos de computador, já que eles eram
desenvolvidos especificamente para cada máquina.
Isso estava relacionado ao fato de que cada computador era como uma
plataforma diferente. Muitas vezes, existia incompatibilidade até mesmo
entre modelos de um mesmo fabricante. Por incrível que pareça, isso não
chegava a ser uma barreira preocupante, visto que a produção de software
ainda não era alta e não existiam muitos programas disponíveis.
Precursores da CPU moderna: anos 40, 50 e 60
Painéis do ENIAC em exposição na Universidade da Pensilvânia
Os primeiros computadores, anteriores à década de 50, possuíam um
diferencial considerável, se comparados com as máquinas de hoje: eles
não eram capazes de armazenar programas. Alguns deles, como o ENIAC, que
teve seu desenvolvimento iniciado em 1943, tinham inicialmente o plano
de armazenamento de softwares em seu interior. Mas, para agilizar o
lançamento da máquina, essa ideia acabou ficando para trás.
Dessa forma, o ENIAC tinha que ser modificado fisicamente cada vez
que uma tarefa diferente fosse executada. Cabos deveriam ser
reposicionados, chaves ligadas ou desligadas e um novo programa ser
carregado. Era dessa forma que o processamento em si era realizado.
EDVAC instalado no Laboratório de Pesquisas Balísticas dos EUA
Em 1945, a ideia de uma unidade central de processamento capaz de
executar diversas tarefas foi publicada por John Von Neumann. Chamado de
EDVAC, o projeto desse computador foi finalizado em 1949. Essa é a
origem dos primeiros modelos “primitivos” de processadores da forma como
os conhecemos. Além disso, o EDVAC e outros computadores, como o Mark
I, da Universidade de Harvard, marcam o início da era dos computadores
modernos, capazes de armazenar programas.
Durante a década de 50, a organização interna dos computadores
começou a ser repensada. Esse foi o momento em que os processadores
começaram a ganhar funcionalidades básicas, como registradores de
índices, operandos imediatos e detecção de operadores inválidos.
No início da década de 60, a IBM desenvolveu uma nova abordagem:
planejou uma família de computadores que poderiam executar o mesmo
software, com poder de processamento e preços diferentes. Com isso, os
programas não seriam mais dependentes de máquina, mas compatíveis entre
todos esses modelos.
Para colocar isso em prática, a IBM acabou criando um computador
virtual conhecido como System/360, ou simplesmente S/360. Podemos
pensar nesse sistema como um conjunto de instruções e capacidades que
todos os computadores da família S/360 teriam em comum.
Processadores Modernos
Nos modelos apresentados acima, os processadores ainda não eram
compostos por uma unidade central, mas por módulos interconectados entre
si. Foi só no início da década de 70 que surgiram as CPUs
desenvolvidas totalmente em circuitos integrados e em um único chip de
silício.
Geração Pré-x86
Intel 4004 foi o primeiro microprocessador da história
O Intel 4004 foi o primeiro microprocessador a ser lançado, em 1971.
Sendo desenvolvido para o uso em calculadoras, essa CPU operava com o
clock máximo de 740 KHz e podia calcular até 92 mil instruções por
segundo, ou seja, cada instrução gastava cerca de 11 microssegundos.
Com o sucesso do 4004, a Intel desenvolveu o processador 8008, em
1972. Esse era uma CPU de 8 bits, com barramento externo de 14 bits e
capaz de endereçar 16 KB de memória. Seu clock trabalhava na frequência
máxima de 0,8 MHz.
Esse modelo foi substituído, em 1974, pelo Intel 8080, que apesar de
ainda ser um processador de 8 bits, podia executar, com algumas
limitações, operações de 16 bits. O 8080 foi desenvolvido,
originalmente, para controlar mísseis guiados. Tinha clock limite de 2
MHz, um valor muito alto para a época, era capaz de realizar centenas de
milhares de operações por segundo e de endereçar até 64 KB de memória.
A família x86 de 16 bits
A arquitetura x86, lançada em meados da década de 70, ainda serve
como base para boa parte dos computadores atuais. O primeiro processador
que aproveitou todo o seu potencial foi o Intel 8086, de 1978. Pela
primeira vez, a velocidade do clock alcançava 5 MHz, utilizando
instruções reais de 16 bits. O nome "x86" veio do fato de que o nome dos
processadores que vieram depois do Intel 8086 também terminavam em
"86".
Ainda no mesmo ano, foi lançado o 8088, sucessor que possuía
barramento externo de 8 bits, porém, com registradores de 16 bits e
faixa de endereçamento de 1 MB, como no 8086. Esse foi o chip utilizado
no IBM PC original.
Microprocessador Intel 80286 de 8 MHz
Nos anos seguintes, a Intel desenvolveu os modelos 80186 e 80188,
criados para serem usados com sistemas embarcados. Em 1982, a
capacidade de processamento chegou ao patamar de 6 e 8 MHz, com o Intel
80286. Posteriormente, as empresas AMD e Harris Corporation conseguiram
romper essa barreira, chegando a 25 MHz.
Entram as CPUs de 32 bits (x86-32)
Como o nome sugere, a x86-32 é arquitetura x86 de 32 bits, utilizada
até hoje em muitos computadores. Grosso modo, podemos dizer que, com
exceção de processadores de 64 bits e aqueles de arquitetura ARM, todos os outros existentes ainda hoje são herdeiros das características dessa geração.
Os famosos 386 e 486
As CPUs 80386 e 80486, lançadas entre o meio e o fim da década de 80,
trabalhavam com clocks que iam de 33 MHz a 100 MHz, respectivamente. O
80386 permitiu que vários programas utilizassem o processador de forma
cooperativa, através do escalonamento de tarefas. Já o 80486 foi o
primeiro a usar o mecanismo de pipeline, permitindo que mais de uma instrução fossem executadas ao mesmo tempo.
Processador 486 DX, mais rápido se comparado com a versão SX (Fonte da imagem: Wikimedia Commons)
Para o 80486, existiram diversas versões, sendo que cada uma delas
possuía pequenas diferenças entre si. O 486DX, por exemplo, era o top de
linha da época e também a primeira CPU a ter coprocessador matemático.
Já o 486SX era uma versão de baixo custo do 486DX, porém, sem esse
coprocessador, o que resultava em um desempenho menor.
A guerra entre Intel e AMD
As séries de processadores Intel e AMD marcaram época no mundo da
informática, através de suas diferentes versões. O primeiro Pentium
(Intel), lançado em 1993, apresentava várias melhorias sobre o 80486,
principalmente por uso da superescalabilidade, ou seja, a replicação de
hardware para que mais instruções fossem executadas ao mesmo tempo. Seu
clock inicial era de 100 MHz, o qual chegou a atingir 200 MHz com o
passar do tempo de desenvolvimento.
Processador Intel Pentium A80501, de 66 MHz
Em 1995, a Intel lançava o Pentium Pro, sexta geração de chips x86 e
que possuía uma série de melhoramentos em relação ao seu antecessor.
Essa seria a base para os futuros lançamentos: Pentium II, Pentium III e
Pentium M.
Paralelamente, a AMD começava a ganhar mercado com modelos similares,
principalmente como o AMD K5, forte concorrente do Pentium original.
Dois anos depois, o Pentium II foi lançado, atingindo o clock de 450
MHz.
Nessa mesma época, a AMD desenvolveu CPUs que batiam de frente com a
Intel, como o AMD K6. Por esse motivo, ambas as empresas travaram uma
espécie de “corrida”, competindo para ver quem conseguia o maior
desempenho e valor de clock.
A lei de Moore
Em 1965, Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, afirmou que o
número de transistores em um chip dobraria, sem custo adicional, a cada
18 meses. Tal afirmação ficou conhecida como a Lei de Moore, a qual foi
válida durante anos, principalmente no final da década de 90.
Sempre que uma empresa lançava um modelo de processador, o
concorrente a superava meses depois. Isso ficou muito evidente nos anos
de 1999 e 2000, quando o Pentium III e o AMD Atlhon (K7) estavam
guerreando pelo maior clock. Por um período de tempo, a AMD liderou a
disputa, pois o Atlhon, que trabalhava com frequências maiores do que 1
GHz, superou o Pentium III.
A reviravolta da Intel veio com o lançamento do Pentium 4, em 2001,
que trabalhava com até 2 GHz e levou a empresa de volta ao topo do
mercado. As versões de baixo custo dessas CPUs, Celeron (Intel) e Duron
(AMD), também disputavam fortemente o lugar mais alto no ranking do
processador “B” mais vendido.
Multicore: o fim da lei de Moore
Conforme a tecnologia dos processadores foi progredindo, o tamanho de
seus transistores foi diminuindo de forma significativa. Contudo, após o
lançamento do Pentium 4, eles já estavam tão pequenos (0,13
micrômetros) e numerosos (120 milhões) que se tornou muito difícil
aumentar o clock por limitações físicas, principalmente pelo
superaquecimento gerado.
A principal solução para esse 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. Se o esquema de
escalonamento de tarefas funcionasse de maneira eficiente, seria
possível trabalhar com quase o dobro do clock. Um processador dual-core
de 1,5 GHz, por exemplo, poderia ter um desempenho semelhante a uma CPU
de núcleo único de 3 GHz.
Um componente chamado de escalonador determina em qual dos núcleos
uma tarefa deve ser executada. Mas como o escalonador demora certo tempo
para fazer essa decisão, na prática fica quase impossível atingir o
dobro exato de desempenho. Portanto, com o advento do processador
multicore, a lei de Moore tornou-se inválida, visto que já não era mais
possível aumentar a frequência do processador como antes.
Anos 2000: a era de 64 bits
No começo dessa década, ficou claro que o uso de 32 bits não seria
mais eficiente, visto que, no máximo, apenas 4 GB de memória RAM
poderiam ser endereçados nessa plataforma. Logo, a solução mais natural
foi o desenvolvimento de novas arquiteturas que passassem a trabalhar
com 64 bits ao invés de 32.
O AMD Opteron, de abril de 2003, foi a primeira CPU de 64 bits da empresa
Tanto a AMD quanto a Intel trabalhavam em seus próprios projetos de
CPUs de 64 bits, mas quem venceu a disputa foi mesmo a AMD, com o
x86-64, que mais tarde foi renomeado para AMD64. Isso aconteceu,
principalmente, pelo fato de a AMD ter evoluído diretamente o x86-32,
enquanto que a Intel tentou criar algo novo, do zero.
Visto esse acontecimento, as empresas em questão criaram um acordo no
uso dessas arquiteturas, no qual a AMD licenciou para a Intel o uso do
x86-64. Por outro lado, a Intel também tornou legal o uso da arquitetura
x86-32 pela AMD. Logo, todos os modelos de processadores 64 bits
comerciais atuais rodam sobre o x86-64. O AMD Athlon 64 foi um dos
maiores representantes dessa arquitetura.
Blackfin
Ainda em 2000, uma nova arquitetura de processadores foi lançada pela
empresa Analog Devices. A Blackfin, como foi batizada, é uma família de
microprocessadores de 16 e 32 bits que possuía, como diferencial, um
processador de sinal digital (DSP) embutido, usado para processar áudio e
vídeo.
Aliado a outras características de design, esse processador permite
um consumo menor de energia aliado ao alto desempenho. O uCLinux é um
dos sistemas operacionais que suporta esse tipo de CPU.
Pentium 4 e Pentium D
Em 2002, a Intel lançou o Pentium 4, processador que podia alcançar
clocks muito altos, chegando até a 3,8 GHz em condições especiais. Os
últimos modelos dessa linha também incluíam a tecnologia Hyperthreading (HT), funcionalidade que fazia um processador físico trabalhar como se fossem duas CPUs lógicas.
Intel Pentium 4 Willamette para Socket 423
Posteriormente, o Pentium 4 foi substituído pelo Pentium D, duas
linhas de processadores dual-core de 64 bits. Mais tarde, foi lançado o
Pentium Extreme Edition, que possuía desempenho um pouco melhor do que o
Pentium D, além de tecnologias extras que o tornavam mais apto para
tarefas pesadas. Esse modelo também fazia uso da tecnologia HT, podendo
simular a existência de até quatro núcleos.
Outra novidade da Intel foi o Pentium M, uma versão de baixo consumo
do Pentium Pro desenvolvido para dispositivos móveis. Esse processador
foi lançado em 2003. Em 2005, a AMD apresentou ao mundo o seu primeiro
processador dual-core, o Athlon 64 X2.
Intel Core
Em 2006, a Intel inicia a sua linha Core, para consumidores que
precisam de mais poder de processamento. Faz parte dessa linha o modelo
Core 2 Duo, que demonstra uma capacidade incrível se comparado com os
dual-core anteriores da empresa. Na mesma época, foi lançada a versão
Pentium Dual Core, que apesar de trazer uma boa relação custo-benefício,
se mostra inferior ao Core 2 Duo.
Outro grande lançamento feito pela Intel foi o Core 2 Quad,
processadores com quatro núcleos e que, apesar de demonstrarem alto
desempenho, acabam perdendo em algumas tarefas para o Core 2 Duo. Uma
versão posterior, nomeada Core 2 Extreme Quad Core, também foi lançada,
proporcionando mais velocidade de clock, que pode chegar até 3,2 GHz.
Em 2010, a Intel anunciou os modelos Core i3, i5 e i7. Quem ainda não
conhece pode conferir o artigo publicado pelo Tecmundo sobre as diferenças entre esses três modelos.
Base do processador Intel core i7-940
Além disso,a empresa também lançou uma segunda geração desses
processadores, que vem sendo muito bem aceita pelos consumidores. Essa
nova leva possui mudanças na memória cache, melhorias no modo Turbo
Boost e aperfeiçoamentos na própria arquitetura. Porém, o que chama a
atenção é a presença de um chip gráfico acoplado com o processador
principal (APU). Confira as diferenças entre as duas gerações no artigo de Fábio Jordão.
A empresa também vem trabalhando em uma nova microarquitetura de
processadores, a Ivy Bridge, que deve possuir suporte para PCI Express
3.0, DirectX 11 e OpenCL 1.1. A empresa espera obter um aumento de até
30% de desempenho no processamento gráfico se comparado com o chipset
Sandy Bridge, presente nos processadores i5 e i7.
As últimas novidades da AMD
Quando o assunto é AMD, a história possui algumas diferenças. Depois
dos processadores dual-core, a linha Athlon II apresentou processadores
de três (X3) e quatro núcleos (x4), todos com versões econômicas, ou
seja, com menor desempenho e mais baratos.
Um dos últimos grandes lançamentos da AMD foi o Athlon Neo, chip
desenvolvido para notebooks ultrafinos e que precisam de uma duração
maior da bateria. Outra linha apresentada pela fabricante foi a dos
processadores Sempron, uma versão simplificada do Athlon, com apenas um
núcleo e voltada para consumidores menos exigentes.
AMD Phenon II possui modelos de 3 e 3,1 GHZ
Quem não dispensa um bom jogo ou precisa de processamento de alto
desempenho pode contar com os processadores Phenom, que foram lançados
para competirem de igual para igual com as CPUs da Intel. Esses modelos
também receberam versão de três (X3) e quatro (X4) núcleos. A segunda
geração dessa linha, Phenom II, conta também com processadores dual-core
de 3 e 3,1 GHz.
A surpresa mesmo fica por conta dos processadores Phenom II X4, de
quatro núcleos e alto desempenho, com modelos de até 3,4 GHz. Além
desses, servidores ou estações de trabalho que exigem uma carga maior de
processamento também podem se beneficiar dos processadores Opteron, que
podem operar com até seis núcleos.
A AMD também lançou uma linha de CPUs para notebooks que, apesar de
ser dual-core, possui um consumo eficiente de energia, poupando assim a
carga da bateria dos portáteis. Mas o que vem ganhando espaço é mesmo a
Fusion, linha de APUs (Unidade de Processamento Acelerada) da AMD. Com a
junção de CPU e GPU em um único chip, é possível obter melhor
desempenho a um custo reduzido. Leia mais sobre o Fusion aqui mesmo, no Tecmundo.
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