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Microprocessadores II - ELE 1084

CAPÍTULO III

OS PROCESSADORES

3.1 – Gerações de Processadores


Primeira Geração (P1)

• Início da arquitetura de 16 bits – CPU 8086 e 8088;

• 20 bits de endereçamento;

• Arquiteturas PC e PC-XT – SO DOS (Microsoft);

• Outros Fabricantes: AMD, Harris, Hitachi, NEC, IBM

• 80186 e 80188 – microcontroladores e sistemas

embarcados;


Segunda Geração (P2)

• Processador 80286;

• Arquitetura de 16 bits;

• 24 bits de endereçamento;

• Arquitetura PC-AT e Barramento ISA;

• Modos Real e Protegido;

• Ambiente DOS;

• Primeiros Chipsets.


Terceira Geração (P3)

• CPU 80386 – 32 bits, dados e endereço;

• Arquitetura PC AT 386 – Compaq;

• Modos Real, Protegido;

• 386 DX (32 bits) e 386 SX (16 bits);

• Primeiras Memórias Caches;

• Clones Am386 da AMD, 386SLC da IBM.


Quarta Geração (P4)

• CPU 486 – 32 bits

• Coprocessador Integrado;

• 486 DX, 486 SX (+ 487 SX) e Overdrive;

• 486 DX2 e 486 DX4;

• Clones Am486 da AMD, 5x85 – Cyrix;

3.2 - A CPU 80286

• 1 de Fevereiro 1982

• 24 linhas de endereço (16 MB de memória) – No 8086 era de

1 MB.

• Relógio mais rápido (6, 8 10, 12, 16, 20 até 25 MHz)

• Tecnologia CMOS, 1,5 μm, 134.00 transístores, 1,2 MIPS,

encapsulamento PGA de 68 pinos

• Novas instruções para ambiente multitarefa;

• Menor número de períodos de relógio por instrução;

• Em 6 anos, foram vendidos mais de 6 milhões de unidades;

3.2 - A CPU 80286

3.2 - A CPU 80286

• Diagrama de Blocos

4 Unidades Funcionais

1. Address Unit

2. Bus Unit

3. Instruction Unit

4. Execution Unit

1. Unidade de Endereço (Address Unit)

• Calculate the physical addresses of the instruction and data that the CPU want to access;

• Address lines derived by this unit may be used to address different peripherals;

• Physical address computed by the address unit is handed over to the BUS unit.

2 – Unidade de Barramento (Bus Unit) • Transmit the physical address over address bus A0 – A23.

• Instruction Pipelining.

• Prefetcher module in the bus unit performs this task of prefetching.

• Bus controller controls the prefetcher module.

• Fetched instructions are arranged in a 6 – byte prefetch queue.

• Processor Extension Interface Module – Take care of communication b/w

CPU and a coprocessor.

3. Unidade de Instrução (Instruction Unit)

• Receive arranged instructions from 6 byte prefetch

queue.

• Instruction decoder decodes the instruction one by one

and are latched onto a decoded instruction queue.

• O/p of the decoding circuit drives a control circuit in the

Execution unit.

4. Unidade de Execução - Execution unit

• Control unit is responsible for executing the instructions

received from the decoded instruction queue.

• Contains Register Bank.

• ALU is the heart of execution unit.

• After execution ALU sends the result either over data bus or

back to the register bank.

• Foi usado no AT (Advanced Tecnology) (agosto de 1984,

com 80286, 256 KB RAM, floppy de 1,2 MB, $5.469,00)

• PC XT (1983, 128 KB RAM e HD de 10 MB, $4.995,00),

• Compatibilidade com o PC-XT, podendo executar todos os

softwares desenvolvidos anteriormente e sendo várias vezes

mais rápido (0,33 MIPS – 4,77 MHz x 1,2 MIPS – 6 MHz)

– Razão dos clocks: 1,26

– Execução de instruções de forma mais eficiente:

• 8086: 12 ciclos;

• 286: 4,5 ciclos;

– 286 manuseia dados de 16 bits com o barramento externo

3.2 - A CPU 80286

3.2 - A CPU 80286

• Modo Real: atua como um 8086 e é completamente

compatível ao nível de código objeto com o 8086 e 8088.

• Modo protegido com um gerenciador de memória integrado:

– 1 gigabyte de endereço virtual.

• processador poderia utilizar outras fontes de memória externas

para simular memória interna

– acesso a 16MB de memória de hardware.

– multitarefa e verificação dos direitos de acesso em uma

única instrução,

3.2 - A CPU 80286

• Coprocessador 80287

• É o mesmo chip matemático que o 8087, com diferente pinagem;

• 80287 divide internamente a freqüência do clock do sistema por 3;

• PC-AT rodam com 80287 a um terço da velocidade do clock do sistema, que é também igual a 2/3 da velocidade de clock do 80286;

• o 286 e 287 são assíncronos e a interface entre eles não é tão eficiente como aquela entre o 8088 e 8087;

• Em resumo: o 80287 e 8087 tem desempenho semelhante;

• Ganho no desempenho com a inserção do 8087 era muito superior que aquele obtido com o 80287 no sistema com o 286.

3.2 - A CPU 80286 – Coprocessador 80287

• Coprocessador matemático (Unidade de Ponto Flutuante) ou FPU (Floating

Point Unit) ou NPD.

• Projetados para realizar tarefas específicas: aritmética, ponto flutuante, gráfica

• Processador passa operandos e operação a ser realizada e recebe resultado;

• Na sua ausência, processador realiza as operações por software;

80287: Desenvolvido para trabalhar em conjunto com o 80286.

Encapsulamento DIP (como o 8086)

Freqüência de operação deve ser maior ou igual que o 80286.

3.2 - A CPU 80286 Placas-mãe: componentes discretos como controlador de interrupções, controlador

de DMA, temporizador, memória CMOS, etc.

Atualmente todos integrados ficam num único circuito (chipset).

3.3 - A CPU 80386 – Geração P3

• Representa a mudança mais significativa desde o primeiro PC;

• Migração para sistemas de 32 bits: cerca de 10 anos antes de serem

efetivamente utilizados;

• Velocidades 16, 20, 25, 33 MHz. clones da AMD e da Cyrix atingiram um

máximo de 40 MHZ;

• CMOS, 1,5 e 1,0 microns, 275.000 transistores em VLSI, 132 pinos, 400

mA;

• Processador 386DX – primeiro a ser introduzido pela Intel;

• endereçamento de 4 GB e memória virtual de 64 TB.

• Introduzido em 1985 e usado efetivamente entre 1986 e 1987 - Compaq

Deskpro 386 e linha PS/2 Model 80 da IBM

• Pode executar as instruções do 8086/8088 no modo real em menos ciclos

de clock

3.3 - A CPU 80386

• memory management unit (MMU).

– Pode chavear entre os modos protegido e real por software

– Apresentava o modo virtual que possibilitava que diversas

sessões do modo real fossem executadas simultaneamente no

modo protegido

– No modo protegido é totalmente compatível com o 286.

– Modo protegido: modo nativo: projetado para sistemas

operacionais como o OS/2 e Windows NT, que só rodam nesse

modo

• Modo Virtual: o 386 podia executar proteção de memória com

hardware enquanto simulava operações no modo real;

• Programas DOS podiam ser executados simultaneamente, em

áreas de memória protegida.

3.3 - A CPU 80386

Foram fabricados outros tipos de 386:

– Processador 386SX: projetado para atender sistemas baseados

no 286 – sistemas de 16 bits externos e 32 bits internos; usa 24

bits de endereços (16 MB);

– Esta CPU sinalizou o fim do 286 devido a MMU superior e

existência do Modo Virtual;

– O 386SX não era compatível pino a pino com o 286 e não podia

ser substituído diretamente no mesmo soquete;

– Processador 386SL: variação do 386 para sistemas em laptop –

gerenciamento de potência e modos de espera para conservar

energia;

• Cache de 16 a 64 KB, 855.000 transístores.

3.3 - A CPU 80386

• Coprocessador 80387:

• processador matemático de alto desempenho,

desenvolvido para trabalhar com o 80386

• Projetado para trabalhar a mesma velocidade da CPU

• 387DX: projetado para o 386DX

• 387SX: projetado para o 386SX, SL ou SLC

3.3 - A CPU 80386

3.3 - A CPU 80386

3.4 - 80486

Família P4

3.4 - A CPU 80486

486DX:

• Abril de 1989, com 1,2 milhões de transístores;

• Velocidades de 25, 33, 50 MHz, PGA de alimentação de 5 V

(posteriormente, com 3,3 V e 208 pinos Família SL)

• CMOS, 32 bits registradores, dados e de endereços

• Endereçamento de 4GB de memória física e 64 TB de

memória virtual (como o 386DX)

• Representou grande avanço em relação ao 386 e promoveu

grande crescimento na industria de software (Windows e

OS/2)

3.4 - A CPU 80486

Quatro principais características deram ao 486 o dobro de

velocidade de um 386 de mesma velocidade:

1. Reduzido tempo de execução de instrução: instrução executada em

dois ciclos (mais que 4 no 386);

2. Memória Cachê Interna (Level – L1) de 8 KB. Construída no núcleo

do processador, com taxa de acerto de mais de 90 %.

3. Ciclos de memória no modo estendido (burst-mode):

• transferência de 4 bytes tomam dois ciclos de clock

• os próximos 12 bytes podem ser transferidos em um ciclo de clock

para cada 4 bytes;

• 16 bytes são transferidos usando-se 5 ciclos (ao invés de 8)

4. Coprocessador matemático avançado embutido: execução síncrona:

desempenho de 3 a 4 vezes mais rápido que um 387 externo

3.4 - A CPU 80486

• Acentuou o uso das Interfaces Gráficas

• Integra coprocessador matemático, controlador de

cache e cache num único chip.

• Projetado para ser atualizado: DX2, DX4 e Overdrive.

• Contém a CPU, unidade de ponto flutuante, unidade de

gerenciamento da memória,e controlador de cachê de 8

KB (RAM).

• Compatível com todos os processadores da Intel e tem

diversas instruções adicionais (controle da cachê)

3.4 - A CPU 80486

• Suporta os modos Real, Protegido e Virtual.

• Modo Real: executa programas desenvolvidos para o 8086;

• Modo Protegido: oferece paginação de memória e

chaveamento de programas;

• Modo Virtual: executa programas DOS e simula o 8086 no

Modo real.

• Sob Windows ou OS/2 pode rodar programas de 16 ou 32

bits simultaneamente com proteção de memória

3.4 - A CPU 80486 – Pipeline

3.4 - A CPU 80486 DX – Pipeline

3.4 - A CPU 80486 SX – Pipeline

3.4 - A CPU 80486

3.4 - A CPU 80486 – Outras CPUs

• 486SL: processador que incorporava uma arquitetura

para gerenciamento de potencia, permitia baixa consumo

de potência (laptops ou notebook)

• 486SX – Abril de 1991, versão de baixo custo, sem o

coprocessador (alguns eram 486 DX com o coprocessador

desabilitado)

• 487SX – Processador 486DX, pois desabilita o 486SX,

servindo de degrau para o DX2 e Overdrive.

3.4 - A CPU 80486 – Outras CPUs

• 486DX – 50 MHZ: Problemas em Chipsets e placa-

mãe – interferência eletromagnética – pouco utilizado;

3.4 - A CPU 80486 – Outras CPUS

• DX2/OverDrive

• Março de 1992 foi introduzido o DX2: processadores com velocidade

dobrada

• Maio de 1992: Overdrive ( para 486SX)

• DX2/OverDrive roda no dobro da velocidade apenas internamente ao

processador na mesma placa-mãe.

• 40MHz DX2 / OverDrive para sistemas de 16 e 20MHz

• 50MHz DX2 / OverDrive para sistemas de 25MHz - 80% do

desempenho do 486-DX 50 MHz

• 66MHz DX2 / OverDrive para sistemas de 33MHz

• DX4: 3.3V, com multiplicador de clock 2x, 2.5x, ou 3x

• Pentium OverDrive para 486SX2 e DX2 – 1995

3.4 - A CPU 80486 - Flags

3.4 - A CPU 80486 – Flags Revista Byte 1992 -a

3.4 - A CPU 80486 – Flags Revista Byte 1993 – Julho - a

3.4 - A CPU 80486 – Flags Revista Byte 1993 – Julho - b

3.4 - A CPU 80486 – Flags Revista Byte 1994 – Agosto - a

3.5 – Resumo Geral

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