Técnico de Gestão e Programação de Sistemas Informáticos
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Arquitetura de Microprocessadores
Conteúdos
Resumo histórico;
Evolução dos microprocessadores;
Como são fabricados os microprocessadores.
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Resumo histórico
Para
atingir as capacidades que possui hoje em dia, o computador beneficiou de muitas evoluções que foram acontecendo na história da humanidade. As principais invenções que contribuíram para chegarmos aos computadores atuais foram: – – – – –
Invenção do ábaco; Máquina de Calcular Mecânica; Calculadora Universal; Máquina Diferencial; Cartões Perfurados.
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Invenção do ábaco
Há mais de 5.500 anos o homem inventou o ábaco, uma das primeiras máquinas capaz de efetuar cálculos; No ábaco as operações de adição e subtração tornam-se bastante mais simples; Nasce aqui a história das máquinas na simplificação das tarefas de cálculo do ser humano.
É usada ainda hoje por povos orientais
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Máquina de Calcular Mecânica
Em 1642, o francês Blaise Pascal inventou a primeira máquina de calcular mecânica; Essa máquina permitia efetuar qualquer operação de adição ou subtração; Funcionava através de uma engrenagem de rodas dentadas que levava os dígitos de uma coluna para a outra; Os resultados das operações apareciam numa espécie de janelinha.
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Em
Calculadora Universal
1671, Gottfried Leibniz aperfeiçou a calculadora mecânica e criou a sua calculadora universal, através de um engenhoso mecanismo; Este dispositivo realizava soma, subtração, multiplicação, divisão e ainda calculava raiz quadrada
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Máquina Diferencial Em 1822, Charles
Babbage inventa a Máquina Diferencial
Tratava-se
de uma máquina capaz de resolver polinómios, através de uma diferença entre números, e efetuar cálculos necessários para construir tábuas logarítmicas
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Cartões Perfurados
Em 1855, o engenheiro
sueco George Scheutz apresentou a sua máquina; Tratava-se duma simplificação da máquina Diferencial idealizada por Babagge, a novidade estava no uso de cartões perfurados.
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IBM
Posteriormente, Herman Hollerith criou uma máquina capaz de gravar e ler cartões perfurados; Em 1890 utilizou a tecnologia de processamento de cartões perfurados na contagem do censo populacional dos Estados Unidos;
Esta máquina obteve tanto
sucesso, que os resultados foram obtidos em apenas seis semanas.
IBM A
partir desse sucesso, Herman Hollerith criou a empresa Computing Tabulating Recording Corporation que recebia pedidos de todo o mundo, tanto por parte de governos como de empresas, que precisavam de contagens rápidas e seguras; Mais tarde essa empresa passou a chamar-se Internacional Business Machinery Co, ou simplesmente IBM como é conhecida hoje.
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Século XX
Com o começo do século XX as evoluções tornaram-
se cada vez mais rápidos: – 1900 - Surgimento da memória magnética; – 1906 - Invenção da válvula e do interruptor eletrónico; – 1931 - Vanner Bush inventa o analisador diferencial; – 1936 - O matemático inglês Alan Turing estabelece os princípios teóricos do computador; – 1941 - Conrad Suze constrói o primeiro computador programável.
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1943/44
Século XX
- Howard Aiken, um professor de Havard, elabora o primeiro computador electrónico, com a ajuda da IBM; Esse computador chamou-se Mark 1, era menos poderoso que certas calculadoras de hoje mas mesmo assim, representou um marco entre a pré-história e a história do computador.
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Mark 1
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Século XX
Ao mesmo tempo, na
Inglaterra, desenvolviase o Colossus, que também usava válvulas; Esse computador foi criado com a finalidade de decifrar os códigos secretos usados pelo exército alemão na Segunda guerra Mundial.
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Gerações
A
partir dessa altura a evolução dos computadores começou a dividir-se em gerações:
Gerações
Período (aproximado)
Componentes característicos
Unidade de medida das operações
1ª Geração
1945 – 1955
Válvulas
Milissegundo
2ª Geração
1955 – 1965
Transístores
Micros segundos
3ª Geração
1965 – 1975
Circuito integrado chips
Nanossegundos
4ª Geração
1975 –
Microprocessadores
Picos segundo
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1ª Geração
Entre 1945 e 1955 surgem os primeiros
computadores que tinham como principal característica os circuitos eletrónicos constituídos por válvulas; Como continham mais de 17.000 válvulas, fazia deles equipamentos de uma dimensão gigantesca; Mas apesar disso tinham pouca capacidade; Presentes em poucos locais de investigação científica; Os principais foram o ENIAC, o EDVAC e o UNIVAC.
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1ª Geração
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2ª Geração
Entre 1955 e 1965 aparece um computador baseado em transístores; Os transístores substituíram as válvulas nos circuitos elétricos; O que propiciou a diminuição no tamanho e o aumento nas capacidades; Surgem os primeiros Sistemas Operativos e as linguagens de programação de alto nível; Começam a ser comercializados. Só grandes empresas os podiam pagar; O primeiro computador “transistorizado” foi denominado Leprechaun.
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2ª Geração
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3ª Geração
Entre 1965 e 1975 aparece um computador
baseado em chips (pastilhas de circuitos integrados, constituídas por vários transístores e micro componentes eletrónicos); Isto reduz ainda mais a dimensão do computador, aumentando as suas capacidades; Aumenta a comercialização, já estando disponíveis em vários setores empresariais e universidades.
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3ª Geração
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4ª Geração
A partir de meados da década de 70 aparecem os
computadores baseados em microprocessadores (processadores totalmente contidos em chips, usando a tecnologia de circuitos SI, Integração em Grande Escala); As dimensões reduzem ainda mais e, a sua capacidade aumenta; Começam a produzir-se em grande escala, o que diminui o seu preço; Aparece a expressão PC (Personal Computer) ou Computador Pessoal.
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4ª Geração
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5ª Geração
Esta geração ainda não está bem definida mas
a tendência aponta no sentido de caracterizar os computadores como de 5ª geração que possuam: – Multiprocessador (ou processamento paralelo); – Funcionarem em sistemas de inteligência artificial (interpretando comunicação verbal).
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5ª Geração
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Evolução dos processadores Intel
Processador
Socket
Ano
4004
16 pin
1971
4040
24 pin DIP
1974
8008
18 pin DIP
1972
8080
40 pin DIP
1974
8085
40 pin DIP
1976
8086
40 pin DIP
1978
8088
40 pin DIP
1979
80186
68 pin PLCC
1982
80188
68 pin PLCC
1982
80286
68 pin PLCC
1982
80386
132 pin PGA
1985
80486
Sockets 1, 2, 3
1989
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Evolução dos processadores Intel
Processador
Socket
Ano
Pentium
Socket 4 (273 pinos), Socket 5 (320 pinos), Socket 7 (321 pinos)
1993
Pentium Pro
Socket 8 (387 pinos)
1995
Pentium MMX
Socket 7 (321 pinos)
1997
Pentium II
Slot 1
1997
Pentium III
Socket 370
1999
Pentium 4
Socket 423 , Socket 478
2000
Pentium 4 D
LGA 775(Socket T)
2005
Core
LGA 775(Socket T)
2006
Core 2
LGA 775(Socket T)
2006
Core 2 Duo, Quad e Extreme
LGA 775(Socket T)
2007
Core i7, Core i9
LGA 1366/ Socket B
2008
Core i5
Socket 1155
2009
Core i3, Core i5, Core i7
LGA 1156/ Socket H
2009
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Evolução dos processadores Intel 1971 - 4004
1972 - 8008
Socket 16 pin
Socket 18 pin DIP
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Evolução dos processadores Intel 1974 - 4040
1974 - 8080
Socket 40 pin DIP Socket 24 pin DIP
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Evolução dos processadores Intel 1976 - 8085
Socket 40 pin DIP
1978 - 8086
Socket 40 pin DIP
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Evolução dos processadores Intel 1979 - 8088
1982 - 80186
Socket 68 pin PLCC
Socket 40 pin DIP
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Evolução dos processadores Intel 1982 - 80188
1982 - 80286
Socket 68 pin PLCC
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Evolução dos processadores Intel 1985 - 80386
1989 - 80486
Socket 1
132 pin PGA
Socket 2
Socket 3
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Evolução dos processadores Intel
1993 - Pentium
Socket 4
Socket 5
Socket 6
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Evolução dos processadores Intel
1995 – Pentium Pro
1997 – Pentium MMX
Socket 7
Socket 8
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Evolução dos processadores Intel 1997 – Pentium II
Slot 1
1998 – Pentium II Celeron
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Evolução dos processadores Intel
1998 – Pentium III
Socket 370 Slot 2
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Evolução dos processadores Intel
2000 – Pentium IV
Socket 423
Socket 478
LGA775 Socket T
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Evolução dos processadores Intel
2005 – Pentium IV D
2006 – Dual Core
LGA775 Socket T
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Evolução dos processadores Intel 2007 – Core 2 Duo, Quad, Extreme
LGA 775 / Socket T
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Evolução dos processadores Intel 2008 – Core i7, Core i9
LGA 1366/ Socket B
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Evolução dos processadores Intel
2009 – Core i5
Socket 1155
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Evolução dos processadores Intel
2009 – Core i3, Core i5, Core i7
LGA 1156/ Socket H
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Como são fabricados os processadores
Atualmente a base de um microprocessador é a
sílica, material semicondutor que se pode comportar como condutor e isolante de corrente elétrica; Esta característica permite que se comporte como um interruptor (aberto ou fechado).
A sílica pode ser encontrada na areia
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Como são fabricados os processadores
Inicialmente a areia é
purificada e derretida a altas temperaturas; Em formato líquido enche um molde cilíndrico ao qual se dá o nome de ingots; Posteriormente este cilindro é cortado em “fatias” às quais se dá o nome de Wafer.
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Como são fabricados os processadores Cada Wafer alberga
centenas de microprocessadores, cada um com centenas de milhões de transístores; Estes transístores são implantados em cada microprocessador recorrendo às mais sofisticadas técnicas.
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Como são fabricados os processadores No final são interligados por
finas pistas de cobre que tornam estes transístores num circuito integrado: – Os milhões de transístores são responsáveis pela manipulação e armazenamento de informação, de forma a que o microprocessador seja capaz de executar as mais diversas operações.
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Como são fabricados os processadores
No final o microprocessador é cortado do Wafer e
implantado num invólucro (chip) criando o componente a que habitualmente se chama microprocessador.
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Como são fabricados os processadores
A evolução dos processadores deveu-se à
capacidade cada vez maior das indústrias conseguirem miniaturizar o processo de fabrico dos transístores: – Os transístores que faziam parte do Intel 4004 tinham 10000 nanómetros; – O primeiro Pentium já contava com transístores de 800 nanómetros; – E hoje os core i são constituídos por transístores de 32 nanómetros. NB: Um cabelo humano tem 100000 nanómetros de espessura.
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Bibliografia
SÉRGIO, Ricardo, Arquitetura de Computadores, 1ª Edição, Areal Editores, 2011.