Evolução dos Processadores

Introdução

A pesquisa a seguir vai mostrar o processo evolutivo dos processadores, que nada mais é que um pedaço de silício com inúmeros condutores começando do famoso Eniac computador formado por válvulas  que ocupava uma sala inteira até os processadores mais avançados, como os Pentium 4 e os novos AMD K7 que são menores que um mouse.           

As quatro principais divisões do documento vai ser pelas respectivas empresas: Intel, AMD (Advanced Micro Device), e Cyrix que são as maiores do ramo bem como empresas secundárias, sendo cada uma delas mostrando os primeiros processadores até os últimos modelos e previsões futuras.

Linha do Tempo

1968 - A empresa Intel é fundada por Robert N. Noyce, Gordon E. Moore e Andrew Grove. Robert N. Noyce foi o inventor do circuito integrado.

1969 - A 3101 RAM de 64 bits é desenvolvida pela Intel.

1970 - A Dinamic é desenvolvida pela Dinamic RAM.

1971 - É desenvolvido o Microprocessador 4004 de 4 bits e EPROM 1702.

1972 - É desenvolvido o Microprocessador 8008 de 8 bits.

1974 - É desenvolvido o Microprocessador 8080 de 8 bits.

1976 - É desenvolvido o 8748/8048, o 1o. Microcontrolador.

1976 - É desenvolvido o Microprocessador 8085 de 8 bits.

1978 - É desenvolvido o Microprocessador 8086 de 16 bits. Surge aqui a era dos TV games (futebol, tênis, paredão, etc).

1979 - É desenvolvido o Microprocessador 8088 de 8 bits.

1980 - É desenvolvido o Co-processador matemático 8087.

1981 - É desenvolvido o Microcomputador IBM-PC baseado no 8088.

A IBM licencia o MS-DOS como sistema operacional do PC.

No Brasil

É desenvolvido o Sistema 700 da Prológica com 2 CPUs Z80 da Zilog e 64k.

É desenvolvido o NE Z80 com 1k, expansível até 16k, gravador cassete, TV, com 102 funções.

É desenvolvido o CP 500 com 48k, disquetes e RS 232.

A revista Time escolhe o computador como o Homem do Ano.

1982 - É desenvolvido o Microprocessador 80286 de 16 bits.

Surge o Arquivamento Óptico.

O Microcomputador 80186, usado em aplicações de controle.

É desenvolvido o NE Z8000 com 8k.

É desenvolvido o CP 200 e TK 82C da Microdigital com 64k, joystick, som, impressora e disquetes.

1983 - A Microsoft lança o Windows, que tornou o DOS mais fácil de ser usado.

1984 - É desenvolvido o IBM PC-AT baseado no 80286.

1985 - É desenvolvido o Microprocessador 80386 DX de32 bits (carinhosamente apelidado de "Três-oitão).

1986 - É desenvolvido o Compaq PC 386

1987 - A IBM-MS (Joint Development Agreement) OS/2 assinam um acordo desenvolvimento conjunto.

São desenvolvidos o Windows 2.0, Excel e o Bookshelf, os quais ultrapassam 500 milhões de dólares.

1988 - É desenvolvida a Memória com tecnologia Flash.

Os HD's atingem a incrível marca dos 380 MB.

Surge a febre dos vírus.

A Apple anuncia que levará a Microsoft aos tribunais.

É desenvolvido o Microprocessador 80386 SX com largura do barramento de 16 bits.

1989 - É desenvolvido o Microprocessador 80486DX de 32 bits, com clock de 25 MHz e 20 MPIS, uma performance 50 vezes maior que o 8088.

1990 - É desenvolvido o Windows 3.0, cujas vendas ultrapassam 1 bilhão de dólares.

1991 - É desenvolvido o 80486 SX.

1992 - São desenvolvidos os Processadores 80486 DX2 de 32 bits, com clock de 50 MHz e 41 MPIS, e o Processador 486 DX2-66 com 1,2 milhões de transistores.

1993 - É desenvolvido o Processador Pentium de 60 e 66 MHz.

É desenvolvida a versão empresarial do Windows, encarta em CD-ROM.

1994 - São desenvolvidos os Processadores Pentium 90 e 100 MHz, e o Processador 486 DX4 de 32 bits, com clock de 100 MHz e 70,7 MPIS.

1995 - É desenvolvido o Processador Pentium Pro de150, 166, 180 e 200 MHz, além de ser desenvolvido o Windows 95.

1996 - É desenvolvido o Processador Pentium Pro de 200 MHz.

1997 - Janeiro: É desenvolvido o Pentium MMX Tecnology de 166 e 200 MHz com barramento externo de dados de 64 bits e endereçamento de 32 bits.

Junho: É desenvolvido o Pentium MMX de 233 MHz.

Maio: É desenvolvido o Pentium II de 233, 266, 300 MHz, tecnologia de encapsulamento de cartucho S.E.C. (Single Edge Contact). Ela combina as tecnologias do Processador Pentium Pro com a MMX. A tecnologia AGP acelera a velocidade de tráfego de dados do processador para as placas gráficas.

É desenvolvido o DVD (Digital Video Disc) com capacidade para 7 a 28 vezes mais informações que os CDs musicais e cd-rom's de computador.

Julho: É citado o nome Memphis, que era uma versão de teste de atualização do sistema, rebatizado pela Microsoft de Windows 9x.

1998 - É desenvolvida a atualização do Windows 95.

Todos os microprocessadores, processadores e co-processadores relacionados foram desenvolvidos pela Intel Corporation, salvo menção contrária.

Processadores Intel

Principais Características do Processador

Algumas características são essenciais para determinar a performance de um processador. Podemos destacar:

A freqüência do relógio (clock): estabelece o sincronismo para a comunicação entre os elementos do hardware (memória, processador, periféricos). Quanto maior for o clock, mais operações poderão ser executada no mesmo tempo. Convém salientar que por questão econômicas e técnicas (interferências) as placas periféricas geralmente possuem freqüências menores do que a do processador. A evolução no processo de fabricação do chip com a diminuição de sua potência permite, que o clock cresça cada dia mais. A limitação é o aquecimento do processador que causa erros nas operações;

O barramento interno e externo: os processadores tem evoluído em relação ao comprimento do código que pode ser trabalhado em uma única operação. Os primeiros processadores permitiam trabalhar com palavras de 8 bits, depois vieram os processadores de 16, 32 e atualmente estes trabalham com códigos de 64 bits. Outro detalhe importante é que a rápida evolução dos processadores não é acompanhada por muitas placas periféricas por questões econômicas e para permitir, também, a compatibilidade dos novos equipamentos com equipamentos antigos o processador permite a comunicação com estas placas através de um barramento de "menor capacidade", ou seja, é possível mesmo para um processador 64 bits, trocar informações com placas de 8, 16 ou 32bits;

O conjunto de instruções do processador: Um processador pode realizar todas as operações com um número bem pequeno de instruções. Como os primeiros processadores eram de 8/16 bits, as instruções manipulavam então 8 e 16 bits. Para garantir a compatibilidade com o processador anterior a cada novo processador são mantidas as anteriores e introduzidas novas instruções para garantir um aproveitamento maior do seu novo potencial. Isto torna a execução dos programas mais rápidos quando os tradutores e compiladores forem converter o código fonte para o código de máquina, por gerar um código de máquina menor e mais eficiente. Abaixo podemos ver uma tabela que mostra o número de instruções desde o 8088 (usado no PC-XT até o MMX). Comentários sobre estes número de instruções serão realizados no decorrer do trabalho

O cache de memória: Existem vários tipos construtivos de memórias: há memórias mais rápida e memórias mais lentas. As rápidas possuem custo muito elevado e por esse motivo o banco de memória RAM de um computador geralmente é constituído por chips de memórias mais lentos pois são necessários vários MB para rodarem os aplicativos. Quando o processador solicita o conteúdo de uma posição de memória precisa esperar vários ciclos do relógio até que a informação esteja disponível para o operação necessária. Devido a organização dos programas, o processador geralmente acessa repetidas vezes durante o processamento as mesmas posição da memória ou a posições próximas desta. Criou-se então o cache de memória, um banco de memória pequena porém rápida que armazena o conteúdo das ultimas posições de memória solicitadas pelo processador. Assim o processador primeiro consulta o cache e se o conteúdo da posição necessária estiver já estiver no cache, não será necessário esperar que ele seja transferido da memória. Os primeiros processadores a terem cache possuíam-no externo. Depois começaram a possuir um cache bem pequeno muito rápido, chamado de nível um (L1), utilizado para armazenar instruções e dados da execução dinâmica* do processador e um segundo mais lento (porém de acesso muito mais rápido que o da memória), chamado cache de nível dois (L2), que armazena dados gerais da memória.

Eniac o Pai dos Computadores Modernos

    Charles Babbage, considerado o pai do computador atual, construiu em 1830 o primeiro computador do mundo, cem anos antes de se tornar realidade. O projeto de Babbage apresentava desvantagens; uma delas era o fato de que o seu computador deveria ser mecânico, e a outra era a precariedade da engenharia da época. Apesar dos problemas, Charles Babbage construiu um aparelho que impressionou o governo inglês.

    Entretanto, a história da computação começou muito antes. Como sabemos, o computador é uma máquina capaz de efetuar cálculos com um grupo de números e ainda adaptável para efetuar novos cálculos com um outro grupo de números. O primeiro "modelo" foi o ábaco, usado desde 2000 a.C. Ele é um tipo de computador em que se pode ver claramente a soma nos fios.

    Blaise Pascal, matemático, físico e filósofo francês, inventou a primeira calculadora mecânica em 1642. A calculadora trabalhava perfeitamente, ela transferia os números da coluna de unidades para a coluna de dezenas por um dispositivo semelhante a um velocímetro do automóvel. Pascal chamou sua invenção de Pascalina.

Máquina de calcular de Pascal.

    Nos anos que se seguiram, vários projetos foram feitos com intuito de aperfeiçoar essa primeira calculadora. Entretanto, nada de significativo aconteceu, até que Babbage e Ada Lovelace começaram a considerar melhor o problema. Em 1822, Babbage apresentou a Sociedade Real de Astronomia o primeiro modelo de uma máquina de "diferença", capaz de fazer cálculos necessários para elaborar uma tabela de logaritmos. O nome da máquina foi derivado de uma técnica de matemática abstrata, o método das diferenças. Com o incentivo da sociedade, Charles Babbage continuou a trabalhar no aperfeiçoamento da máquina.

Máquina de diferença; Babbage.

    Com Ada Lovelace, filha de Lord Byron, iniciou um projeto mais ambicioso para construir uma "máquina analítica". Foi projetada para calcular valores de funções matemáticas bem mais complexas que as funções logarítmicas. A máquina era enorme, demostrava inúmeros problemas e simplesmente não funcionava. Grande parte da arquitetura lógica e da estrutura dos computadores atuais provém dos projetos de Charles Babbage, que é lembrado como um dos fundadores da computação moderna.

Máquina analítica de Ada Lovelace.

    Só por volta de 1936, as idéias de Babbage foram comprovadas, quando um jovem matemático de Cambridge, Alan Turing, publicou um artigo, pouco conhecido, On computable numbers. O nome de Turing é quase desconhecido para o público, mas sua contribuição foi fundamental para o desenvolvimento de idéias que ocorreriam antes do computador propriamente dito tornar-se realidade. Os cientistas admitiam que a matemática não era uma arte misteriosa, e sim uma ciência inteiramente relacionada com regras lógicas. Se uma máquina recebesse essas regras e o problema a ser solucionado, ela seria capaz de resolve-lo. No entanto, os esforços dos mais competentes matemáticos foram inúteis para desenvolver tal máquina. Turing decidiu examinar o impasse de outra maneira. Verificou os tipos de problemas que uma máquina poderia resolver seguindo regras lógicas, e tentou fazer uma lista de todos eles. Turing liderou uma equipe de pesquisa na Inglaterra e desenvolveu a mais secreta invenção da Segunda Guerra Mundial, o Colossus, o primeiro computador eletromecânico do mundo, que pode decifrar os códigos alemães de mensagens "Enigma", durante a guerra, melhor apresentado abaixo.

    Depois da guerra, Turing colaborou no projeto do primeiro computador dos Estados Unidos, o Eniac (Eletrical Numerical Integrator and Calculator), desenvolvido na Universidade da Pensilvânia desde 1943. Ainda imperfeito, era composto de 18000 válvulas, 15000 relés e emitia o equivalente a 200 quilowatts de calor. Essa enorme máquina foi alojada em uma sala de 9m por 30m. O desenvolvimento do computador continuou, mas só com a invenção do transistor de silício, em 1947, tornou-se possível aumentar a velocidade das operações na computação.
Modelo do Eniac.

    Em meados dos anos 60, os cientistas observaram que um circuito eletrônico funcionaria de modo igualmente satisfatório se tivesse o tamanho menor. Os laboratórios começaram experimentando a colocação de um projeto de circuito no chip. Antes do fim dos anos 60, nasceu o "circuito integrado", com isso a computação deu um grande passo à frente. O desenvolvimento de um circuito em um único chip levou à construção de múltiplos circuitos em um só chip; e o resultado inevitável da colocação de vários chips juntos foi o começo do microprocessador.

A Figura Abaixo Mostra o Eniac em um Chip de Silício.
Eniac II.

Diferenças entre os Eniacs.

  Jornal Mostrando o Lançamento do Eniac II.

Processador 4004

       Em 15 de novembro de 1971 nascia  o 4004  de apenas 4 bits e grande capacidade para realizar operações aritméticas. Esse micro - processador possuía 2.300 transistores para processar 0,06 milhões de instruções (60.000) por segundo e não tinha o tamanho de um selo de carta. Para se ter uma idéia, o ENIAC, primeiro computador de que se tem notícia ,  construído em 1946 para fins bélicos, ocupava sozinho 1.000 metros quadrados e fazia o mesmo que o 4004.
    O 4004 foi usado apenas para cálculos poucos complexos (4 operações), ele era um pouco mais lento que Eniac II mais tinha a vantagem de possuir a metade do tamanho, esquentar menos e consumir menos energia.

8008
    Surgiu em 1972 o 8008, primeiro processador de 8 bits, com capacidade de memória de 16 Kbytes (16.000 bytes), enquanto o 4004 possuía apenas 640 bytes.

8080
    Em 1974 é lançado o 8080, com desempenho seis vezes maior que o anterior com um clock de 2MHz, rodava um programa da Microsoft chamado Basic, possuía apenas led's. Além de 16Kb de memória Rom onde ficava o sistema, possuía 4Kb de memória Ram, seus controles eram através de
botões, possuía drive de disquete 8" com capacidade de 250 Kb.

8086
    O primeiro processador feito pela Intel para ser usado com os PC's. Ele contava com um barramento de dados interno e externo de 16 bits. E foi este o motivo de não ter sido o processador mais utilizado. Inicialmente ele foi distribuído em versões de 4, 77MHZ. Posteriormente vieram versões turbinadas de 8 e 10 MHZ.

    A história do 8086 é bem simples. Quando ele foi lançado, a maioria dos dispositivos e circuitos disponíveis eram de 8 bits. Era muito caro adaptar todo o resto do computador por causa do processador. E foi isso que acabou com o 8086. Para adaptar-se a este mercado a Intel lançou o 8088, com barramento externo mais lento, de 8 bits. Deixando a diferença de barramento externo, ambos eram idênticos.

    Quando este chip, o 8086, veio a ser utilizado já era tarde demais. Ele chegou até a fazer parte de uns poucos clones do IBM PC e posteriormente em dois modelos do IBM PS/2 e de um computador Compaq. Mas sua destruição veio com um processador mais poderoso, o 80286.

    Outro possível fator para a pouca aceitação deste processador pode ter sido a falta de unidades devido à demanda. Nunca havia chips suficientes para produzir computadores em grande escala