Evolucao das velocidades de processamento, de acesso amemoria, do disco e das interfaces de rede

Alberto Bueno Junior

Novembro de 2010

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Sumario

1 Introducao 3

2 Evolucao dos processadores 42.1 A lei de Moore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Processadores da Intel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3 Numero de transıstores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.4 Litografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.5 Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 Evolucao das memorias 83.1 Tipos de memorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.1.1 Memorias ROM (Read-Only Memory) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.1.2 Memorias RAM (Random Access Memory) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2 Tipos de encapsulamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2.1 SIPP (Single In-line Pin Package) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2.2 SIMM (Single In-line Memory Module) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2.3 DIMM (Dual In-line Memory Module) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.3 Evolucao das velocidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4 Evolucao dos discos rıgidos 144.1 O primeiro disco rıgido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.2 Evolucao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5 Evolucao das interfaces de rede 195.1 Token ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.2 Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.3 Wi-Fi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6 Linha do tempo 24

7 Bibliografia 26

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1 Introducao

Para estudar a evolucao dos computadores nao basta olhar apenas para os processadores. Emboraestes sejam os coracoes dos computadores, nao foram so eles que tornaram os computadores no quesao hoje.

Portanto, precisamos ter uma visao mais abrangente. E isso pode ser feito analisando os seguintescomponentes: Processadores, memorias, discos rıgidos e interfaces de rede.

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2 Evolucao dos processadores

2.1 A lei de Moore

Em 1965, Gordon Moore, co-fundador da Intel, fez uma previsao de que o numero de transıstoresem um chip iria dobrar a cada 2 anos.

A previsao de Moore de fato acontece desde 1965, se tornando uma tendencia comercial. Desdeentao, ela foi conhecida como ”Lei de Moore”.

Muitas tecnologias estao ligadas a Lei de Moore, assim como suas capacidades, como velocidadede processamento, armazenamento de memoria, etc.

Naturalmente, chegaremos a um ponto onde a Lei de Moore nao se aplicara mais. Isso se deveao fato de que os transıstores atuais estao chegando perto da escala atı´mica e, obviamente, nao epossıvel criar transıstores menores que atomos (para referencia, o tamanho do atomo de Silıcio e de111pm = 0, 111nm = 111.10−12m). Esse limite e conhecido como ”Limite fundamental”.

2.2 Processadores da Intel

A tabela abaixo mostra 31 processadores da Intel, dispostos em ordem cronologica.

Nome Clock Data Nucleos Transıstores Litografia Bus4004 108 kHz 1971 1 2,3 mil 10 micron 4 bits8008 800 kHz 1972 1 3,5 mil 10 micron 8 bits8080 2 MHz 1974 1 6 mil 6 micron 8 bits8085 5 MHz 1976 1 6,5 mil 3 micron 8 bits8086 10 MHz 1978 1 29 mil 3 micron 16 bits8088 8 MHz 1979 1 29 mil 3 micron 8 bits286 12 MHz 1982 1 134 mil 1,5 micron 16 bits

386 DX 33 MHz 1985 1 275 mil 1,5 micron 32 bits386 SX 33 MHz 1988 1 275 mil 1,5 micron 16 bits486 DX 50 MHz 1989 1 1,2 milhıµes 1 micron 32 bits386 SL 25 MHz 1990 1 855 mil 1 micron 16 bits486 SX 33 MHz 1991 1 1,2 milhıµes 1 micron 32 bits486 SL 33 MHz 1992 1 1,4 milhıµes 0,8 micron 32 bits

Pentium 66 MHz 1993 1 3,1 milhıµes 0,8 micron 32 bitsPentium 75 MHz 1994 1 3,3 milhıµes 0,6 micron 32 bits

Pentium Pro 200 MHz 1995 1 5,5 milhıµes 0,35 micron 32 bitsPentium 200 MHz 1996 1 3,3 milhıµes 0,35 micron 32 bits

Mobile Pentium 233 MHz 1997 1 4,5 milhıµes 0,25 micron 32 bitsPentium II Xeon 450 MHz 1998 1 7,5 milhıµes 0,25 micron 64 bitsPentium III Xeon 733 MHz 1999 1 28 milhıµes 0,18 micron 64 bits

Pentium 4 1,5 GHz 2000 1 42 milhıµes 0,18 micron 64 bitsULV Pentium III 700 MHz 2001 1 44 milhıµes 0,13 micron 64 bits

Celeron 2,2 GHz 2002 1 125 milhıµes 0,13 micron 64 bitsMobile Celeron 2,5 GHz 2003 1 140 milhıµes 0,13 micron 64 bits

Celeron D 3,06 GHz 2004 1 125 milhıµes 90 nm 64 bitsDual Core Xeon 2,666 GHz 2005 2 338 milhıµes 90 nm 64 bits

Quad-Core Xeon X5355 2,66 GHz 2006 4 582 milhıµes 65 nm 64 bitsCore 2 Extreme QX9770 3,2 GHz 2007 2 820 milhıµes 45 nm 64 bitsCore 2 Extreme Q9000 2 GHz 2008 2 410 milhıµes 45 nm 64 bits

Core i5-750 2,66 GHz 2009 4 774 milhıµes 45 nm 64 bitsCore i7-980 Extreme Edition 3,33 GHz 2010 6 1170 milhıµes 32 nm 64 bits

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2.3 Numero de transıstores

O grafico abaixo foi obtido a partir dos dados da tabela.

Podemos ver claramente o crescimento do numero de transıstores nos processadores, com umaaceleracao acentuada a partir do ano de 2004.

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2.4 Litografia

A diminuicao no tamanho dos transıstores foi fundamental para a evolucao dos processadores,pois quanto menor um transıstor mais destes um processador pode ter e, consequentemente, maiscomplexo pode ser.

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2.5 Clock

Este grafico nos mostra que a velocidade de operacao dos processadores cresceu rapidamente nosultimos anos. Contudo, ha uma barreira no caminho: o super-aquecimento. Desta forma, acredita-seque o clock dos processadores se estabilizem. Mas a tendencia atual para resolver esse problema temsido a criacao dos multi-cores (Processadores com varios nucleos de processamento).

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3 Evolucao das memorias

3.1 Tipos de memorias

3.1.1 Memorias ROM (Read-Only Memory)

Como o proprio nome dize, as ROMs sao memorias apenas para leitura, de forma que os dadosgravados nao podem ser alterados. Contudo, alguns tipos mais modernos de ROMs possibilitam areescrita. Esses tipos ainda sao categorizados como ROMs pelo fato de que os processos de reescritassao lentos e difıceis e geralmente utilizam ferramentas especıficas.

Um fato importante sobre as ROMs e que elas sao nao-volateis, isto e, os dados continuamgravados mesmo quando a alimentacao de energia para.

Os tipos de ROM sao:

• MROM (Mask ROM): ı o tipo de ROM que nao pode ser reescrito. Portanto ele so e”programavel”no momento de sua fabricacao.

• PROM (Programmable ROM): ı parecido com as MROMs, pois nao podem ser reescritos.Este tipo tambem e programavel uma unica vez, mas o que o difere das MROMs e que elepode ser programado apos sua fabricacao.

• EPROM (Erasable Programmable ROM): ı o tipo de memoria ROM que pode ser alterado,sob exposicao de luz ultravioleta. Este tipo geralmente e usado para armazenar a BIOS docomputador.

• EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Tambem pode ser alterado, usandouma voltagem maior do que a normal. Este tipo pode ser reprogramado no lugar, enquantoas EPROM devem ser retiradas do dispositivo. Flash memories, usados em pendrives e MP3players, sao um tipo especıfico de EEPROM.

3.1.2 Memorias RAM (Random Access Memory)

Ao contrario das ROMs, as memorias RAM sao volateis, isto e, os dados se perdem quando cor-tamos a alimentacao eletrica. Elas possuem esse nome pois possibilitam que o acesso a qualquer dadoseja feito em qualquer ordem (ou seja, um acesso aleatorio). Alem disso, os dados sao sempre obtidosem tempo constante, independentemente de sua posicao fısica e dos dados obtidos anteriormente.

Antes de mostrar os diferentes tipos de memoria RAM, e preciso definir um processado conhecidocomo Memory refresh.

Memory Refresh: Alguns tipos de memoria utilizam capacitores, alem de transıstores, para ar-mazenar os bits. Capacitores sao feitos para armazenar uma determinada carga eletrica. Contudo,eles descarregam com o tempo. Dessa forma, e preciso que eles sejam recarregados periodicamente, ouos dados sao perdidos. O processo de recarregar os capacitores da memoria e chamado de MemoryRefresh.

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Abaixo, os tipos de memoria RAM.

• SRAM (Static RAM):A palavra Static nas memorias SRAM faz referencia ao fato de que elas nao utilizam a tecnicade Memory Refresh, ao contrario das DRAMs. Em comparacao a estas ultimas, as SRAMssao bem mais caras e necessitam de mais espaco fısico para armazenar cada bit (pois cada ume armazenado por quatro transıstores), alem de serem bem mais rapidas. Por esses motivos, asSRAMs sao utilizadas em casos em que a velocidade e uma grande preocupacao. Registradorese memoria cache de processadores sao alguns exemplos de uso.

As SRAMs se dividem em dois tipos, em termos de modo de funcionamento:

– Sıncronas: Os dados que entram e saem da memoria sao controlados por um clock.

– Assıncronas: ı o contrario das sıncronas, isto e, e independente de um clock.

• DRAM (Dynamic RAM) Nas DRAMs, cada bit e armazenado por um transıstor e umcapacitor. Se faz necessaria, portanto, a utilizacao de Memory Refresh. Naturalmente,isso faz com que as DRAMs sejam mais lentas que as SRAMs. Mas as DRAMs tem umvantagem: sua simplicidade estrutural. Como sao utilizados um transıstor e um capacitor porbit, elas podem alcancar alto nıvel de densidade, isto e, bits por espaco fısico. As RAMs saoutilizadas nos casos em que a capacidade de armazenamento e o baixo custo sao as principaispreocupacıµes, comoemmemoriasprincipaisdecomputadoresevideogames.

As principais variacıµesdasinterfacesusadasparaacessarasDRAMssao :

• Fast Page Mode DRAM

• EDO DRAM (Extended Data Out DRAM)

• BEDO DRAM (Burst EDO DRAM)

• DRDRAM (Direct Rambus DRAM)

• SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) Em geral, as DRAMs sao assıncronas. Jaas SDRAMs sao sıncronas, o que significa que elas trabalham seguindo um clock e emsıncronia com o barramento do sistema. Nesse caso, o clock e utilizado para manter o cont-role de uma FSM (Finite State Machine) interna na memoria, que utiliza pipelining. Issosignifica que as SDRAMs podem realizar operacıµesmaiscomplexasdoqueasDRAMsassıncronas.

Quando uma instrucao de leitura chega ao pipeline, a saıda dos dados ocorre apos um numero fixode pulsos de clock. Esse tempo e conhecido com a latencia da memoria.

As SDRAMs sao largamente utilizadas em computadores atualmente. Abaixo estao os tipos deSDRAM.

– SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM): Transfere um comando e uma palavrade dados por ciclo de clock.

– DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): Transfere um comando e duaspalavra de dados por ciclo de clock.

– DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM): Transfere um comando e quatropalavra de dados por ciclo de clock.

– DDR3 SDRAM (Double Data Rate 3 SDRAM): Transfere um comando e oitopalavra de dados por ciclo de clock.

TTRAM (Twin Transistor RAM):

A-RAM (Advanced Transistor RAM):

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3.2 Tipos de encapsulamentos

3.2.1 SIPP (Single In-line Pin Package)

O SIPP, com 30 pinos, foi utilizado em algumas memorias RAM antigas, utilizadas no Intel80286. Posteriormente, as SIPPs foram substituıdas por SIMMs, pois estas eram mais faceis deinstalar.Abaixo uma imagem de uma memoria que utiliza encapsulamento SIPP.

3.2.2 SIMM (Single In-line Memory Module)

O SIMM foi utilizado do comeco da decada de 80 ate final da decada de 90. Os pinos do SIMMsao ”redundantes”, no sentido em que os contatos dos dois lados da memoria nao sao separados.

Existem duas categorias:

• 30 pinos

– Tamanhos: 256 KB, 1 MB, 4 MB, 16 MB.

– Barramento: 8 bits.

– Utilizado em: Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486.

• 72 pinos

– Tamanhos: 1 MB, 2 MB, 4 MB, 16 MB, 32 MB, 64 MB, 128 MB.

– Barramento: 32 bits.

– Utilizado em: Intel Pentium, Intel Pentium Pro.

Devido as diferentes larguras de barramentos de modulos de memoria e de alguns processadores,ı s vezes era necessario instalar modulos em pares identicos para completar o barramento.Por exemplo, o 286 ou o 386 SX tinham barramento de 16 bits, o que necessitaria de dois modulosSIMMs de 30 pinos (8 bits de bus).Abaixo uma imagem de memorias SIMM de 30 e 72 pinos.

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3.2.3 DIMM (Dual In-line Memory Module)

Os DIMMs foram introduzidos com o Intel Pentium, e substituıram os SIMMs. Ao contrariodestes, os DIMMs isolam os dois lados dos pinos, criando dois contatos eletricos diferentes.

Outra diferenca e que eles tem barramento de 64 bits, assim como o Intem Pentium e a maioriados processadores. Isso acabou com o problema que ocorria com os SIMMs, onde muitas vezes eranecessario colocar pares identicos de modulos para completar o barramento.

Tipos de DIMM:

• DIMM comum:

ı o tipo mais comum, utilizado em computadores do tipo Desktop e servidores. As variantessao:

– 168 pinos: Utilizado em memorias EDO SDRAM e SDR SDRAM

– 184 pinos: Utilizado em memorias DDR SDRAM

– 240 pinos: Utilizado em memorias DDR2 SDRAM e DDR3 SDRAM

Abaixo uma imagem com um DIMM comum de 168 pinos e um de 184 pinos:

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• SO-DIMM (Small Outline DIMM):

ı um tipo geralmente utilizado em notebooks, pois os SO-DIMMs sao significantementemenores que os DIMMs comuns. As variantes sao:

– 72 pinos: Utilizado em memorias EDO DRAM e FPM DRAM. ı o unico DIMM quetem barramento de 32 bits.

– 144 pinos: Utilizado em memorias SDR SDRAM

– 200 pinos: Utilizado em memorias DDR SDRAM e DDR2 SDRAM

– 204 pinos: Utilizado em memorias DDR3 SDRAM

Abaixo uma imagem de um SO-DIMM de 200 pinos:

• Micro DIMM:

Ainda menores que os SO-DIMMs, estes sao geralmente utilizados em Netbooks ou ate mesmoalguns Notebooks. As variantes sao:

– 144 pinos: Utilizado em memorias SDRAM

– 172 pinos: Utilizado em memorias DDR SDRAM

– 214 pinos: Utilizado em memorias DDR2 SDRAM

Abaixo, um Micro DIMM de 214 pinos:

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3.3 Evolucao das velocidades

Para alguns tipos de memorias existe um padrao de frequencia de clock e nomenclatura. Abaixouma tabela com esses padrıµes.

Nome Tipo Frequencia EncapsulamentoPC66 SDR SDRAM 66 MHz DIMMPC100 SDR SDRAM 100 MHz DIMMPC133 SDR SDRAM 133 MHz DIMMPC133 SDR SDRAM 133 MHz DIMMPC1600 DDR SDRAM 200 MHz DIMMPC2100 DDR SDRAM 266 MHz DIMMPC2700 DDR SDRAM 333 MHz DIMMPC3200 DDR SDRAM 400 MHz DIMM

PC2-3200 DDR2 SDRAM 400 MHz DIMMPC2-4200 DDR2 SDRAM 533 MHz DIMMPC2-5300 DDR2 SDRAM 667 MHz DIMMPC2-6400 DDR2 SDRAM 800 MHz DIMMPC2-8000 DDR2 SDRAM 1000 MHz DIMMPC2-8500 DDR2 SDRAM 1066 MHz DIMMPC2-9600 DDR2 SDRAM 1200 MHz DIMMPC3-6400 DDR3 SDRAM 800 MHz DIMMPC3-8500 DDR3 SDRAM 1066 MHz DIMMPC3-10600 DDR3 SDRAM 1333 MHz DIMMPC3-12800 DDR3 SDRAM 1600 MHz DIMMPC3-16000 DDR3 SDRAM 2000 MHz DIMM

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4 Evolucao dos discos rıgidos

Os dıscos rıgidos sao dispositivos de armazenamento nao-volatil e de acesso aleatorio de dados.Os dados sao gravados magneticamente em discos metalicos chamados de pratos.

4.1 O primeiro disco rıgido

O primeiro disco rıgido foi inventado pela IBM em 1956. O nome dele era IBM 350 e faziaparte do computador IBM RAMAC 305. Ele continha 50 pratos de 60,96cm de diametro cada e quegiravam a 1200 RPM. O sistema inteiro poderia armazenar ate 5 MB.

Abaixo uma imagem do IBM 350:

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Abaixo uma imagem do IBM 305 RAMAC, que utilizava o IBM 350:

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4.2 Evolucao

Ano Acontecimento1956 Surgimento do primeiro disco rıgido do mundo, com o computador RAMAC 305.1970 A Western Digital e fundada na California.1980 IBM introduz o primeiro disco rıgido com 1 GB. Era do tamanho de um refrigerador

e custava 40 mil dolares.1985 As empreas Control Data, Compaq Computer e Western Digital colaboram para

desenvolver o IDE de 40 pinos.1986 A especificacao oficial do SCSI e lancada. O computador Mac Plus, da Apple, e um

dos primeiros a usa-lo.1996 Seagate introduz a famılia Cheetah, os primeiros discos rıgidos de 10,000 RPM.1998 IBM anuncia o Microdrive, o menor disco rıgido ate entao. Tinha um unico prato

de 2,54 cm com 340 MB.2000 Seagate produz o primeiro disco rıgido com 15,000 RPM, o Cheetah X15.2002 Seagate produz o primeiro SATA, o Barracuda ATA V.2003 IBM vende o seu ”Data Storage Division”para a empresa Hitachi, terminando seu

envolvimento no desenvolvimento e venda de disco rıgidos.2003 Western Digital introduz o primeiro SATA de 10,000 RPM, o Raptor, com 37 GB.2004 A Toshiba cria o MK2001MTN, o primeiro disco rıgido com um prato de 2.16 cm,

com 2GB.2006 A Seagate compra a Maxtor.2006 A Seagate lanca o Barracuda 7200.10, com 750 GB, entao o disco rıgido com maior

capacidade ate a epoca.2006 Cornice e Seagate anunciam discos rıgidos com pratos de 2,54 cm, com 12 GB.2009 Seagae lanca o Barracuda XT com 4 pratos de 500 GB cada. Usava interface SATA

6 Gbps.

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O microdrive:

O Barracuda XT:

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Ano Fabricante Tamanho Custo Custo por GB1956 IBM 5 MB U$50,000,00 U$10,000,000,001980 North Star 18 MB U$4,199,00 U$233,000,001989 Western Digital 20 MB U$899,00 U$ 53,000,002000 Maxtor Ultra ATA 80 GB U$479,99 U$6,902010 Western Digital 2 TB U$312,00 U$0,16

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5 Evolucao das interfaces de rede

5.1 Token ring

O Token ring surgiu por volta de 1985 e conseguia transferir ate 4 Mbps. Em 1989, a IBMintroduziu os primeiras placas token ring que trabalhavam ate 16 Mbps. Esses dois modelos forampadronizados no IEEE 802.5.

Mais tarde foram produzidas placas de 100 Mbps.

Abaixo uma imagem de uma placa Token Ring de 16 Mbps:

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5.2 Ethernet

O Ethernet faz parte do padrao IEEE 802.3. Ele foi desenvolvido pela Xerox por volta de 1975e hoje e o padrao adotado para Redes Locais.

Essa tecnologia evoluiu bastante ao longo do tempo, apresentando velocidades de 10, 100 e 1000Mbps.

Abaixo uma imagem de um dos primeiros modelos de Ethernet, o 10BASE2 de 10 Mbps, que utilizavacabos coaxiais:

E abaixo um modelo recente, o 10BASE-T, de 100 Mbps:

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5.3 Wi-Fi

O Wi-Fi (logo acima) foi padronizado no IEEE 802.11. Existem variacoes da tecnologia: 802.11a,802.11b, 802.11g, 802.11n.

Padrao Transferencia802.11b 11 Mbps802.11a 54 Mbps802.11g 54 Mbps802.11n 150, 300, 450, 600 Mbps

Abaixo uma placa de Wi-Fi para Desktops:

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Abaixo uma placa de Wi-Fi para notebooks:

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6 Linha do tempo

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7 Bibliografia

• http://ark.intel.com/

• http://www.intel.com/pressroom/kits/quickrefyr.htm

• http://www.intel.com/pressroom/kits/quickreffam.htm

• http://ark.intel.com/Product.aspx?id=47932&processor=i7-980X&spec-codes=SLBUZ

• http://ark.intel.com/Product.aspx?id=42915&processor=i5-750&spec-codes=SLBLC

• http://www.kingston.com/tools/umg/umg05a.asp

• http://news.cnet.com/2300-1010 3-6031405.html?tag=mncol

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