Estudo de Microprocessador

Estudo de Microprocessador

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Conceitos Básicos de Computação:

• Bit – abreviação de Dígito Binário em Inglês (BInary digiT), que corresponde ao valor zero (0) lógico ou ao valor um (1) lógico.

• Notação Hexadecimal - notação para números binários que utiliza 16 dígitos (0 a 9, A,B,C,D,E,F) para representar um número binário de 4 Bits. Assim, as 16 combinações possíveis de 4 Bits são escritas com os dígitos hexadecimais. Uma letra h é usada para denotar que o número escrito está em hexadecimal (Ex: 00h , 3Fh)

• Byte – representação numérica composta de 8 Bits. Pode representar números de 00h (010) a FFh (25510). • Informação Binária – conjunto formado por 1 ou mais Bytes.

• Registrador – conjunto de Flip-flops, geralmente do tipo D, que são interligados em paralelo. São responsáveis pelo armazenamento de uma informação binária. Dependendo do número de Flip-flops interligados, podem armazenar 8 Bits(8 Flip-flops = 1 Byte), 16 Bits (= 2 Bytes), 32 Bits (= 4 Bytes), 64 Bits (= 8 Bytes) ou 128 Bits (= 16 Bytes). Os registradores são memórias voláteis, ou seja, quando desenergizados perdem seu conteúdo.

etcDe uma certa forma, um Registrador pode ser considerado uma

• Memória – local de armazenamento de Informações Binárias. Podem ser formadas por circuitos semicondutores, mídias magnéticas, mídias ópticas, memória que armazena apenas uma informação binária por vez.

• Computador – Unidade de processamento que executa Instruções de um programa para realizar alguma tarefa.

operações aritméticas entre informações binárias, etc

• Instrução – define uma única ação que um computador pode executar por vez. As ações das instruções podem ser: leitura ou escrita de uma informação binária na memória, leitura ou escrita de uma informação binária em um registrador, operações lógicas entre informações binárias,

• Programa – conjunto de Instruções arranjadas de maneira organizada por um programador com o objetivo de informar ao Computador qual a tarefa que mesmo deverá executar. Os Programas, em geral, são armazenados na Memória do Computador.

• Software – são os programas que são carregados na memória do

Computador para serem executados (Ex: Windows, Office, C++, Netscape, etc...).

• Firmware – são os programas que já estão previamente armazenados em uma memória não volátil (ROM/PROM/EPROM/Flash) e que permitem a operação fundamental de um computador, inclusive a carga de Programas (Software) na memória para serem executados.

• Hardware – são as partes eletrônicas, eletro-mecânicas e ópticas de um computador.

1. MICROPROCESSADORES

1.1. HISTÓRICO

Embora as primeiras gerações de computadores tivessem obtido grande sucesso nas décadas de 50 e 60, apresentavam alguns inconvenientes: o tamanho e a velocidade. Um impacto tecnológico viria a reduzir as dimensões dos computadores ao mesmo tempo em que os tornariam mais rápidos: o surgimento dos microprocessadores.

Um microprocessador é um circuito integrado (“chip”) capaz de executar instruções, tendo com sua principal parte a Unidade Central de Processamento (CPU). Com o avanço tecnológico na área da microeletrônica, outras características vêm sendo incorporadas ao longo das últimas décadas aos microprocessadores, como unidades de gerenciamento de memória, memória cache, coprocessador numérico, etc, tornando-os cada vez mais complexos.

A origem dos microprocessadores data de 1971, quando a Intel Corporation lançou no mercado o microprocessador 4004, denominado originalmente como “calculadora em um único chip”, podendo ser considerado como o primeiro processador de propósito geral. Possuía em torno de 3.0 transistores e logo surgiram aplicações para ele. A partir desta nova tecnologia surgiriam as calculadoras mais modernas, os computadores pessoais (PC), as “workstations”, e atualmente os microprocessadores vêm derrubando a última fronteira na área dos computadores: os “mainframes”.

1.2. O QUE É UM MICROPROCESSADOR

O microprocessador é um dispositivo lógico programável em um único chip de silício, concebido sob a tecnologia VLSI (circuito integrado em alta escala). Ele age sob o controle de um programa armazenado em memória, executando operações aritméticas, lógica booleana, tomada de decisão, além de entrada e saída, permitindo a comunicação com outros dispositivos periféricos.

1.3. O MICROCOMPUTADOR PESSOAL (PC) E AS “WORKSTATIONS”

O microcomputador pessoal surgiu a partir da evolução dos microprocessadores, correspondendo a um sistema computacional completo, constituído pelo microprocessador, memória primária de armazenamento de dados e programas, memória secundária de armazenamento (disco magnético rígido e flexível, ótico, fita magnética), dispositivos convencionais de entrada (teclado, mouse) e saída (monitor, impressora, caixas de som).

Uma workstation apresenta como principais características, além das citadas para um microcomputador, a alta capacidade de processamento de operações matemáticas em ponto flutuante, a alta resolução gráfica e a maior capacidade de armazenamento.

1.4. APLICAÇÕES DE MICROPROCESSADORES

No nosso dia-a-dia nos deparamos com inúmeras aplicações de microprocessadores, sendo que na maioria das vezes de forma desapercebida. Pode-se citar, apenas a título de exemplo: o relógio digital/despertador, calculadoras, alarmes anti-furto de residências e automóveis, o controle de injeção de combustível em automóveis, os eletrodomésticos como microondas e máquinas de lavar-louças, videocassetes, etc. Também não podemos deixar de mencionar os microcomputadores, hoje presentes não só no ambiente de trabalho (escritórios e linhas de produção), mas também em muitas residências.

1.5. EVOLUÇÃO DOS MICROPROCESSADORES

Existem diversos fabricantes de microprocessadores que foram surgindo desde o lançamento pioneiro da Intel, como a Motorola, a Zilog e a Texas Instruments, entre outros.

A Intel, após o lançamento do microprocessador 4004, concebeu outros microprocessadores, e alguns deles foram utilizados na implementação dos primeiros PCs, tornando-se referência de mercado. Os principais microprocessadores lançados no mercado pela Intel são:

• 4004 (1971): primeiro microprocessador de 4 bits, contendo 45 instruções e 4

Kbytes de capacidade de endereçamento de memória. Foi utilizado em aplicações simples, como calculadoras, os primeiros vídeo games e pequenos sistemas de controle.

• 8008 (1972): primeiro microprocessador de 8 bits, possui capacidade de endereçamento de memória e 16 Kbytes. Utilizado em aplicações mais complexas que o anterior, onde a manipulação de caracteres de 8 bits era importante, como caixas registradoras. Logo tornou-se obsoleto pela sua limitação de endereçamento de memória.

• 8080 (1973): primeiro dos microprocessadores modernos de 8 bits. A partir dele outros fabricantes começaram a lançar seus microprocessadores de 4 e 8 bits, alavancando um grande avanço tecnológico nesta área. Ele é capaz de endereçar 64 Kbytes de memória, possui mais instruções do que o anterior e ainda utiliza um clock cerca de 10 vezes mais rápido que o 8008. Além disso, possui a vantagem de ser compatível com a família TTL, facilitando o seu interfaceamento com outros componentes.

• 8085 (1976): este processador pode ser considerado a nova versão do 8080

Além de mais rápido, possuindo algumas características extras, como a incorporação do gerador de clock e circuitos internos para a geração de sinais de controle, diminuindo o número de componentes adicionais necessários para a construção de um sistema.

• 8086 (1978): primeiro processador de 16 bits, incorporando instruções de multiplicação e divisão, e com velocidade 3 vezes maior que o 8085. Endereça 1 Mbytes de memória, o que permitiu a concepção dos primeiro microcomputadores da linha PC, e posteriormente os XT, ancestrais dos microcomputadores atuais, que na época até os substituíam em algumas aplicações. Possui ainda um número maior de registradores, possibilitando a agilização de operações entre registradores, sem o envolvimento da memória exterior.

• 8088 (1979): possui basicamente as mesmas características do microprocessador anterior, trabalhando internamente com 16 bits, com via de dados externa de 8 bits, o que reduz a sua performance a 75 % da do 8086, mas permitindo a concepção de sistemas mais baratos.

• 80186 (1982): evolução do 8086, sendo compatível a nível de software com o seu antecessor. Possui recursos adicionais, como gerador de clock interno, controlador de interrupção programável, temporizadores, unidade programável de ADM (acesso direto à memória) e unidade de seleção de dispositivos de memória e E/S.

• 80188 (1982): versão com via de dados externa de 8 bits do 80186.

• 80286 (1983): versão avançada do 8086, ainda em 16 bits, tendo sido projetado para permitir aplicações de multi-usuários e multitarefas. Pode endereçar até 16 Mbytes de memória física e 1 Gbytes de memória virtual gerenciada por uma unidade de gerenciamento de memória localizada no próprio processador. É capaz de executar instruções em menos ciclos de clock que o 8086, e foi utilizado pelos microcomputadores PC-AT.

• 80386 (1985): versão em 32 do 8086, suportando multitarefa e gerenciamento de memória virtual com ou sem paginação, proteção de software e capacidade de endereçamento de 4 Gbytes de memória física, e 64 Tbytes de memória virtual. Pode chavear entre o modo real e modo protegido de memória via software, sem necessidade de reinicialização. Disponível em duas versões, muito utilizadas nos PCs que sucederam o PC AT:

• 386DX: versão com via de dados externa de 32 bits.

• 386SX: versão com via de dados externa de 16 bits.

• 80486 (1989): versão aprimorada do 80386, incorporando o coprocessador numérico 387 e 8 Kbytes de memória cache. Apresenta uma melhor performance em relação ao 80386, tendo sido concebido sob o conceito das arquiteturas RISC. Disponível nas versões:

• 486SX: versão sem o coprocessador numérico 80387.

• 486DX: versão com o coprocessador numérico 80387.

• 486DX2: versão com clock interno duplicada (2 x 20, 25 ou 3 Mhz).

• 486DX4: versão com clock interno triplicada (3 x 25 ou 3 Mhz), e 16 Kbytes de memória cache.

• Pentium (1993): contém o equivalente a dois 80486, sendo que o trabalho a ser realizado é dividido automaticamente entre os dois processadores, visando mantêlos ocupados a maior parte do tempo. Possui duas unidades de processamento de números inteiros implementados na forma de pipeline de cinco estágios, que permitem o paralelismo de algumas operações, e duas unidades de memória cache de 8 Kbytes cada para dados e instruções.

• Pentium Pro(1995): possui arquitetura semelhante à do Pentium, mas com cache de nível 1 (16 Kbytes) e cache de nível 2 (até 1 Mbytes) conectados ao bus com a mesma freqüência do processador. A freqüência de trabalho está entre 150 Mhz e 200 Mhz.

• Pentium MMX(1996): possui arquitetura semelhante à do Pentium, com a incorporação de instruções destinadas ao processamento de imagem. A partir desse processador forami previstas diferentes tensões de alimentação do núcleo e de interação com o meio externo que são respectivamente 2.8V e 3.3V.

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