Processadores modernos - contilnet.com.br87ao/processadores.pdf · todos os demais processadores para Soquete 7, com exceção do AMD K6- ... aplicações de nível profissional e

Capítulo 3 ProcessadoresmodernosO processador e o seu soqueteA primeira decisão a ser tomada por quem quer montar um computador éescolher o fabricante do processador: Intel ou AMD. A segunda decisão é oformado do processador. Já vai longe o tempo em que as placas de CPUserviam para qualquer processador, ou pelo menos para qualquer um entreos modernos. As placas de CPU produzidas entre 1995 e 1997 para aplataforma Soquete 7, permitiam instalar processadores Pentium, PentiumMMX, AMD K5, AMD K6, AMD K6-2, Cyrix 6x86, 6x86MX e M-II, alémde outros menos comuns, como o Winchip, produzido pela IDT. Todosesses processadores eram uma espécie de cópia do Pentium, com os devidosmelhoramentos. Os fabricantes de placas de CPU tinham pouco trabalho.Era fácil projetar placas adequadas para todos os processadores compatíveiscom o Soquete 7.

A situação mudou com o lançamento do Pentium II, que utilizava um novoconector chamado Slot 1. Este conector era de uso proprietário, ou seja, aIntel não permitia a sua utilização por outros fabricantes. Novosprocessadores da Cyrix e AMD tiveram que continuar usando o Soquete 7,que sofreu melhoramentos e passou a ser chamado de Super 7.

A seguir a Intel criou uma variação do Slot 1, mas em forma de soquete. Erao chamado Socket 370. A AMD, por sua vez, criou um conector em formade Slot, parecido com o utilizado pelo Pentium II, para usar com o seuprocessador Athlon. Era o chamado Slot A. Este mesmo conector foiposteriormente transformado em soquete, passando a se chamar Soquete A.

3-2 Como montar, configurar e expandir seu PC

Finalmente a Intel lançou um novo tipo de soquete para o seu novoprocessador Pentium 4. É chamado de Socket 423.

Desta forma os fabricantes de placas de CPU passaram a produzir placasdiferentes, com conectores diferentes para os diversos processadoresdisponíveis:

Processador Soquete ou Slot Pentium 4 Socket 423Pentium III Socket 370Celeron Socket 370Pentium III “antigo” Slot 1Celeron “antigo” Slot 1Pentium II Slot 1Athlon Socket ADuron Socket AAthlon “antigo” Slot AAMD K6, K6-2, K6-III Super 7Cyrix MII / 6x86 / 6x86MX Super 7 ou Socket 7AMD K5, Pentium, Pentium MMX Socket 7Winchip, Rise mP6 Super 7

Nesta tabela fazemos referência a processadores Pentium III, Celeron eAthlon “antigos”. Ao serem inicialmente lançados, esses processadoresutilizavam o formato de cartucho, e eram encaixados no Slot 1 (Intel) e noSlot A (AMD). Os slots para processadores caíram em desuso, e passaram aser novamente utilizados soquetes (Socket 370 e Socket A). Tanto a Intelcomo a AMD realizaram uma transição suave de slot para soquete. Mesmodepois de lançar as versões para soquete, continuaram produzindo durantealgum tempo seus processadores em versões para slot.

Mesmo levando em conta processadores que utilizam o mesmo tipo deconector, encontramos diferenças relativas ao clock externo. Por exemplo,existem versões do Pentium III com clock externo de 100 MHz e versões de133 MHz. Da mesma forma, as primeiras placas de CPU para Pentium IIIpodiam operar apenas com clock externo de 100 MHz. As mais recentesoperam a 133 MHz. À medida em que novos processadores operam comclocks externos mais elevados, novas memórias precisam ser usadas paraacompanhar este aumento de clock. Ao mesmo tempo, os chipsets, quefazem entre outras coisas, a ligação entre o processador e a memória,também precisam acompanhar este aumento de clock. Podemos portantoencontrar placas de CPU com diferentes características, de acordo com osprocessadores aos quais são destinadas. Por exemplo:

Capítulo 3 – Processadores modernos 3-3

Socket 370 e 133 MHzSocket 370 e 100 MHzSlot 1 e 133 MHzSlot 1 e 100 MHzSlot 1 e 66 MHzSocket A e 133 MHzSocket A e 100 MHzSlot A e 100 MHz

A coisa não é tão complicada como parece. Ao comprar um PC novo,devemos preferencialmente optar pela tecnologia mais recente. Para aplataforma Intel, seria recomendada uma placa de CPU com Socket 370 e133 MHz. O Socket 370 a 100 MHz e todas as versões do Slot 1 sãoconsiderados ultrapassados, do ponto de vista de um PC novo. Para aplataforma AMD, o ideal é uma placa com Socket A e 133 MHz. Lembre-seque os processadores Athlon e Duron utilizam clock dobrado, portanto 100MHz tem o mesmo efeito de 200. Isto torna o Socket A com 100 MHzsuperior ao Socket 370 com 133 MHz. Por isso não podemos considerar tãoobsoleto o Socket A com 100 MHz. A transição do Socket A de 100 para133 MHz ocorreu entre 2000 e 2001. Já a transição do Socket 370 para 133MHz ocorreu antes, entre 1999 e 2000.

Conversores de Slot 1 para Socket 370

Do ponto de vista eletrônico, o Socket 370 e o Slot 1 são semelhantes. Assimque surgiram os primeiros processadores para este soquete, não haviamdisponíveis no mercado, placas de CPU apropriadas, apenas placas com Slot1. Foram então produzidos adaptadores como o da figura 1. Este adaptadorpossui um Socket 370 é encaixado no Slot 1. Não é bom utilizar essesadaptadores de forma indiscriminada. Muitos deles não são certificados paraoperar a 133 MHz, e sim a 100 MHz. São bastante adequados para adaptarprocessadores Celeron (clock externo de 66 MHz) em placas de CPU comSlot 1. Processadores Pentium III com encapsulamento FC-PGA (para Socket370) e clock externo de 100 MHz também funcionam bem. Se for realmentenecessário utilizar um desses adadptadores para Pentium III FC-PGA comclock externo de 133 MHz, verifique na embalagem se é realmentecertificado para esta velocidade.


Figura3.1

Conversor de Slot 1para Socket 370.

Bastante raros são os conversores para o processador Athlon (Slot A paraSocket A). Com seus 100 MHz e Double Data Rate, o resultado éequivalente a um clock de 200 MHz. Sendo maior a freqüência, maiores sãoas dificuldades técnicas para produzir um adaptador confiável. A AMDdesaconselha totalmente o uso de eventuais adaptadores.

Soquetes e processadores

A figura 2 mostra um soquete ZIF (Zero Insertion Force, ou Força deInserção Zero). Este tipo de soquete é ideal para facilitar o encaixe edesencaixe do processador. Possui uma alavanca lateral que, ao serlevantada, permite a colocação ou a retirada do processador sem força sobreos seus pinos. No passado os soquetes não tinham este recurso. Era precisoaplicar força para encaixar cuidadosamente o chip, e utilizar chaves especiaispara retirá-lo. Muitos usuários inexperientes dobravam acidentalmente osterminais dos chips durante este processo. Todos os soquetes paraprocessadores das placas de CPU modernas são do tipo ZIF.


Figura 3.2

Um soquete para processador.

Os soquetes ZIF utilizados por diversos processadores são bastanteparecidos. A diferença principal é o número de contatos.

Figura3.3

Processadores comencapsulamentoPGA.

A figura 3 mostra processadores (frente e verso) próprios para encaixe emsoquetes ZIF. Seu encapsulamento é chamado PGA (Pin Grid Array). Seuscontatos parecem uma espécie de “cama de pregos”. A maioria dosprocessadores modernos têm este formato, com pequenas diferenças nonúmero de pinos.


Figura3.4

Slot paraprocessador emecanismo deretenção.

A figura 4 mostra um slot para processadores que usam o formato decartucho. Para dar melhor sustentação ao processador, usamos normalmenteum mecanismo de retenção composto de duas peças plásticas que sãomontadas nas extremidades do slot.

Figura3.5

Processador emforma de cartucho.

Finalmente vemos na figura 5 um processador com encapsulamento emforma de cartucho. É formado por uma placa de circuito na qual estáinstalado o processador propriamente dito e os chips que formam a cacheL2. A placa é envolvida por um cartucho metálico que facilita a dissipaçãodo calor. O principal motivo para o uso deste encapsulamento é o espaçonecessário para abrigar o processador e os chips que formam a cache L2.Processadores mais modernos possuem a cache L2 on die, ou seja, integradaao seu núcleo. Não é mais necessário o espaço adicional para os chips de


memória cache L2, portanto o encapsulamento de cartucho caiu em desuso,voltando a ser usado o formato PGA.

Evolução da cacheOs primeiros processadores usados nos PCs não necessitavam de memóriacache. A memória DRAM disponível na época era suficientemente velozpara aqueles processadores. O IBM PC XT, por exemplo, usava memóriascom 250 ns de tempo de acesso, mas o seu processador operava com ciclosde 600 ns para realizar os acessos, portanto 250 ns era um tempo de acessomais que satisfatório. Apenas computadores de grande porte, aqueles quecustavam alguns milhões de dólares, utilizavam memória cache. A cache éuma pequena quantidade de memória veloz e cara que servia para acelerar odesempenho de uma grande quantidade de memória lenta e de custo menor.

Em 1989 surgiu o processador Intel 80486, o primeiro a utilizar cache. Comclock de 25 MHz e ciclos de 80 ns, necessitava de memórias com menortempo de acesso, porém na época as mais rápidas eram de 100 ns, tempomuito grande para aquele processador. Os 8 kB de cache, localizadas dentrodo próprio processador (cache interna) permitiam o funcionamento doprocessador com bom desempenho, mesmo com a memória DRAM maislenta que o necessário.

Figura 3.6

Cache interna do 486.

Processadores 386 produzidos pela AMD na época (1991-1993) eramconcorrentes do 486, até então produzidos apenas pela Intel. Assim comoocorria no 486, os processadores 386 daquela época também necessitavamde cache para melhorar o seu desempenho. Como o 386 não tinha cacheinterna, foram produzidas placas de CPU 386 com cache externa, ou seja,formada por chips SRAM (RAM estática) localizados na placa de CPU.Encontrávamos placas de CPU 386 com 8 kB, 16 kB, 32 kB, 64 kB e 128 kBde cache externa. Um processador 386 de 40 MHz e 128 kB de cacheexterna era praticamente tão veloz quanto um 486 de 25 MHz e 8 kB decache interna, mas a opção do 386 era muito mais barata.


Figura 3.7

Cache externa deplacas de CPU para386.

A cache externa realmente acelerava bastante o desempenho, e assim foramcriadas placas de CPU para processadores 486, também com cache externa.Eram comuns placas para 486 com 256 kB de cache externa, além dos 8 kBde cache interna existentes no processador.

Figura 3.8

Cache interna eexterna.

Este esquema de dupla cache (interna e externa) utilizada em processadores486 foi mantido em processadores mais modernos, como o 586, o Pentium etodos os demais processadores para Soquete 7, com exceção do AMD K6-III, que operava com 3 caches.

Cache L1 e L2

Os termos “cache interna” e “cache externa” caíram em desuso. Atualmenteambas as caches ficam localizadas dentro do próprio processador, portantonão faz mais sentido classificá-las como interna e externa. A cache interna éagora chamada de cache primária ou cache L1 (level 1 ou nível 1). A cacheexterna é agora chamada de cache secundária ou cache L2 (level 2 ou nível2).

A cache do Pentium Pro

Na época em que o Pentium e o Pentium MMX eram utilizados emcomputadores de uso pessoal, a Intel produzia o Pentium Pro, utilizado emaplicações de nível profissional e em servidores (1995-1997). Este foi oprimeiro processador a embutir a cache L2. Em outras palavras, dentro doprocessador Pentium Pro encontrávamos a cache L1 e 256 kB de cache L2.


Figura 3.9

Cache L2 do Pentium Pro.

O Pentium Pro era construído em uma pastilha de silício (die) com duplacavidade, ou seja, como se fossem dois chips montados em um mesmosubstrato. Um deles é o núcleo do processador, o outro é a cache L2. Estemétodo permitiu a construção de uma cache L2 bastante veloz, entretantotinha um elevado custo de produção. O núcleo do Pentium Pro utiliza aarquitetura Intel P6, usada nos processadores seguintes (Pentium II, Celerone Pentium III). A cache L2 entretanto nunca mais foi produzida com osistema de dupla cavidade.

A cache do Pentium II

O Pentium II foi lançado em 1997, utilizando um núcleo similar ao doPentium Pro, ou seja, ele também usa a microarquitetura P6. A principaldiferença está na sua cache L2. Ao invés de utilizar uma única pastilha desilício contendo o processador e a cache L2, o Pentium II é montado emuma placa de circuito, juntamente com chips de memória que formam acache L2. O conjunto inteiro é montado em um cartucho metálico. Do pontode vista do núcleo do processador, esta cache L2 é externa, masconsiderando o cartucho como um todo, a cache L2 é interna. Para evitarconfusão, os termos interna e externa não são mais usados, e em seu lugarusamos hoje, L1 e L2.


Figura 3.10

Cache do Pentium II e das primeiras versões doPentium III e do Athlon.

Este sistema de cache L2 foi também utilizado nas primeiras versões doPentium III e do AMD Athlon.

Cache L2 integrada no núcleo

Integrar a cache L2 no núcleo significa produzir um processador contendona mesma base de silício, com uma única cavidade, o núcleo e a cache L2.Integrar a cache no núcleo foi possível com a adoção de tecnologia de 0,18mícron, no lugar da antiga tecnologia de 0,25 mícron, possibilitando aconstrução de transistores menores, e em conseqüência, chips menores ecom menor aquecimento. Além do menor custo, a cache L2 integrada aonúcleo do processador resulta em maior desempenho, já que os acessos àcache podem ser feitos com maior velocidade.

O primeiro processador a integrar a cache L2 no seu núcleo foi o Celeron.Posteriormente a mesma técnica passou a ser usada pelo Pentium III. A Intelutiliza vários nomes para diferenciar seus modelos de processador. OPentium III versão Katmai era o original, que tinha a cache L2 formada porchips SRAM adicionais. A versão chamada Coppermine é a que integra acache L2 no núcleo. Apesar de ter apenas 256 kB, contra os 512 kB doPentium III Katmai, a nova versão do Pentium III oferece maiordesempenho, pois sua cache L2 opera com um clock duas vezes maior.

Também os processadores Athlon passaram a utilizar cache L2 integrada nonúcleo. Assim como ocorre com os processadores Intel, são usados nomesadicionais para designar as versões do Athlon. A versão com cache L2embutida no núcleo é chamada de Thunderbird, ou simplesmente T-Bird.Ao mesmo tempo em que foi lançado o Athlon T-Bird, com 256 kB de cacheL2 integrada no núcleo, foi também lançado o Duron, utilizando a mesmatecnologia. A diferença é a cache L2, que no Duron tem apenas 64 kB.


Entretanto, sua cache L1 de 128 kB (encontrada tanto no Athlon quanto noDuron) oferece um bom desempenho, mesmo com uma cache L2 de apenas64 kB.

Velocidades das caches

Um dos principais melhoramentos introduzidos nos processadores modernosfoi o aumento de velocidade da cache L2. Quando um processador se tornamais rápido, a memória DRAM não necessariamente precisa acompanhareste aumento de velocidade (e na prática não acompanha), mas a cache L2precisa acompanhar. Se o processador se tornar mais veloz mas a cache L2mantiver velocidade constante, o desempenho será prejudicado.

Figura3.11

Relação entre oprocessador e ascaches.

A figura 11 mostra a relação entre o processador, as caches e a memóriaDRAM. Para que o sistema tenha um bom desempenho, deve ocorrer oseguinte:

a) O processador encontra na maior parte das vezes, os dados e instruçõesque precisa na própria cache L1.

b) Os dados a serem transferidos para a cache L1 estão na maior parte dasvezes, localizados na cache L2

Desta forma, a cache L2 acelera o desempenho da DRAM. Ao mesmotempo, a cache L1 acelera o desempenho da cache L2. Note que na figuraestão indicadas as freqüências F1, F2 e F3.

F1: Velocidade na qual os dados trafegam entre a cache L1 e o núcleoF2: Velocidade na qual os dados são transferidos entre as caches L1 e L2F3: Velocidade de transferência entre a DRAM e a cache L2

Veja como ficam essas velocidades em alguns processadores produzidos emum passado recente:

Processador F1 F2 F3


Pentium-200 200 MHz 66 MHz 66 MHzAMD K6-2/300 300 MHz 100 MHz 100 MHzAMD K6-2/500 500 MHz 100 MHz 100 MHzPentium II/400 400 MHz 200 MHz 100 MHz

Em todos os casos, o clock usado na transferência de dados entre a cache L1e o núcleo do processador é o próprio clock do núcleo. Por exemplo, em umnúcleo de 500 MHz, esta transferência é feita a 500 MHz.

Observe o que ocorre com os valores de F2, que representa a velocidade dacache L2. Nos processadores Pentium, K6-2 e similares, a cache L2 operacom freqüência fixa, igual à freqüência do barramento externo. Um K6-2/500tem condições de processar dados mais rapidamente que um K6-2/300,entretanto ambos possuem caches L2 com velocidades semelhantes.Aumentar mais ainda o clock do processador e manter fixa a velocidade dacache L2 é a mesma coisa que usar em um carro de Fórmula 1, pneus deFusca.

Finalmente observe o valor de F2 para o Pentium II. Este processador possuiuma cache L2 capaz de transferir dados em uma velocidade maior que a doseu barramento externo. É usado um barramento dual, um de 100 MHz paraacessar a DRAM e um de 200 MHz para acessar a cache L2. No caso geral,c cache L2 do Pentium II e das primeiras versões do Pentium III (Katmai)opera com a metade da freqüência do núcleo do processador. Um PentiumIII/600, por exemplo, tem cache L2 operando a 300 MHz.

O aumento do valor de F2 foi uma das prioridades nos processadoreslançados recentemente. Veja o que ocorre com os modelos mais novos:

Processador F1 F2 F3Pentium IIIE F F 100 MHzPentium IIIB F F/2 133 MHzPentium IIIEB F F 133 MHzAthlon original F F/2, F/2.5, F/3 200 MHzAthlon T-bird F F 200/266 MHzDuron F F 200 MHzPentium 4 F F 400 MHz

Na tabela usamos F para indicar a freqüência do núcleo do processador. Porexemplo, em um Pentium III/1000, F vale 1000 MHz. Observe que nosprocessadores mais modernos, F2 (freqüência da cache L2) é igual àfreqüência do núcleo do processador. Núcleo a 1000 MHz significa cache L2a 1000 MHz. Isto resulta em um grande aumento de desempenho, em


comparação com versões mais antigas. Nas primeiras versões do Pentium III,bem como no Pentium IIIB (clock externo de 133 MHz), a cache L2 operavacom a metade da freqüência do núcleo. Isto também ocorria com asprimeiras versões do Athlon, a cache L2 operava com a metade, e até com1/3 da freqüência do núcleo. Nas versões mais novas do Pentium III(Coppermine) e nas versões T-Bird do Athlon e Duron, a cache L2 tambémopera com a freqüência do núcleo. Esta é uma característica que serámantida em todos os processadores modernos: cache L2 em full peed.,integrada no núcleo do processador (on-die).

Finalmente observe na tabela que melhoramentos têm sido feitos nafreqüência da DRAM. Novas tecnologias como DDR e RDRAM estão aospoucos sendo implantadas para tornar mais elevada a taxa de transferênciados dados que chegam da DRAM.

Cache L3

Durante aproximadamente um ano (meados de 1999 a meados de 2000), aAMD produziu o processador K6-III. Foi lançado apenas nas versões de 400e 450 MHz, mas foi logo retirado de linha, devido ao seu custo de produçãorelativamente alto, o que dificultava a concorrência com os processadoresIntel. O K6-III tinha uma cache L2 full speed integrada no seu núcleo.Processador a 450 MHz, cache L2 a 450 MHz. Seu desempenho era muitobom, bem mais veloz que o K6-2 e igualando-se ao Pentium III de mesmoclock. A AMD achou melhor descontinuá-lo e dedicar sua linha de produçãoao Athlon.

O processador K6-III tinha no seu núcleo, caches L1 e L2. Podia serinstalado em placas de CPU para K6-2, que já tinham cache externa. Sendoassim, a cache existente na placa de CPU era de nível 3 (L3). A figura 12mostra a relação entre as três caches do K6-III.

Figura3.12

Relação entreas caches deum K6-III/400.

A figura 12 mostra a relação entre as caches de um processador AMD K6-IIIde 400 MHz. Estando o núcleo operando a 400 MHz, as transferências feitasentre o processador, a cache L1 e a cache L2 (internas) é feita na mesma


freqüência. Para o modelo de 450 MHz, essas transferências são feitas a 450MHz. Em ambos os modelos, as transferências entre a cache L2 e a L3(externa), e entre a cache L3 e a DRAM são feitas a 100 MHz.

Pentium IIIO Pentium III foi lançado em 1999, inicialmente como um melhoramento doPentium II. Utilizava o encapsulamento em forma de cartucho chamadoSECC2 (Single Edge Contact Cartridge 2), uma versão derivada do SECC,usado pelo Pentium II.

Figura3.13

Pentium III comencapsulamentoSECC2.

Os primeiros processadores Pentium III utilizavam o núcleo Katmai,semelhante ao do Pentium II, porém com pequenas diferenças, como asnovas instruções SSE (Streamed SIMD Extensions), voltadas paraprocessamento 3D e multimídia.


Figura 3.14

Pentium III com encapsulamento FC-PGA.

O novo núcleo Coppermine foi introduzido em meados do ano 2000. Alémde utilizar a tecnologia de 0,18 mícron, o Coppermine traz a nova cache L2integrada ao núcleo. Esta nova versão do Pentium III passou a ser produzidano tradicional encapsulamento SECC2 e também no novo FC-PGA (FlipChip Pin Grid Array).

O Pentium III Katmai

Em março de 2000, a Intel lançou o Pentium III construído com o núcleoKatmai, o mesmo do Pentium II, acrescentando algumas alteraçõesimportantes:

Maiores clocks que o Pentium II Novas instruções para multimídia e 3D (SSE) Identificação do processador através de número de série

A mais relevante alteração foi a introdução das novas instruções SSE(Streaming SIMD Extensions). São instruções especializadas em operaçõescomuns em aplicações de áudio, vídeo e geração de imagens tridimensionais.Sem essas instruções, o processador teria que utilizar combinações de outrasinstruções clássicas para realizar o mesmo trabalho. Essas instruções sãoSIMD (Single Instruction, Multiple Data – instrução única para múltiplosdados) facilitam os processamentos citados, pois envolvem a aplicação de


cálculos fixos a grandes seqüências de dados. Essas instruções tem portanto oobjetivo de aumentar a velocidade de processamento de aplicações demultimídia a geração de imagens 3D, apesar de também servir comoresposta à tecnologia 3D Now! Da AMD, utilizada a partir do processadorK6-2, desde 1998.

A inclusão de um número de série em cada processador Pentium III foi umaquestão polêmica, tanto assim que ele foi eliminado no Pentium 4. Quandohabilitado pelo usuário, este recurso permite ao processador informar umnúmero único quer o identifica entre todos os demais processadores. Comele tornam-se mais seguras as transações comerciais pela Internet, e tornamais simples e confiável a identificação de um determinado PC dentro deuma rede. Muitos usuários reclamamaram sobre outra questão, que é aprivacidade. Como cada processador tem seu próprio número, o usuáriopode deixar um “rastro” nos sites percorridos ao acessar a Internet (é claro,se este recurso estiver habilitado, e se o computador do usuário estivercarregado com software próprio para prestar esta informação). A outrapreocupação é que o uso desta identificação se tornar padrão, os fabricantesde software poderão vincular o número de série do processador ao númerode série dos seus softwares. Desta forma seria fácil detectar ou impedir o usode cópias ilegais de software, um golpe mortal sobre a pirataria. A Inteloferece um software que permite ao usuário desabilitar o número de série.Na verdade o número não é apagado, apenas o processador é impedido deinformá-lo. A desabilitação só tem efeito depois que é executado um novoRESET. Da mesma forma, para habilitá-lo é preciso executar um RESETpara que volte a ser usado. Os novos BIOS de placas de CPU para esteprocessador também permitem desativar o número de série, através doCMOS Setup.

Foi notável no ano de 98 a expansão da AMD com o seu processador K6-2.Esses processadores possuem dois conjuntos de instruções que se juntam àsinstruções do Pentium original: MMX (Multimedia Extensions, idênticas àsda Intel) e 3D Now!, especializadas no processamento de imagens 3D (estatecnologia foi mantida nos processadores mais novos da AMD, como oAthlon e o Duron). Tanto o Pentium MMX, o Celeron e o Pentium IIpossuem as instruções MMX, mas nada semelhante às instruções 3D Now!da AMD. As novas instruções introduzidas pela Intel rivalizam com atecnologia 3D Now!. Passamos a ter a Intel com as tecnologias MMX e SSE(também chamada de MMX2), e a AMD com as tecnologias MMX e 3DNow!.


Para que os diversos programas já disponíveis façam uso do 3D Now! épreciso que seja instalado o pacote DirectX 6.0 ou superior. Para usar asnovas instruções SSE do Pentium III é necessário instalar o DirectX 6.1 ousuperior. O DirectX pode ser obtido em http://www.microsoft.com/directx.Periodicamente a Microsoft libera novas versões do DirectX. No WindowsME, por exemplo, era fornacido o DirectX 7.1. Poucos meses depois estavalibarada a versão 8.0. Novas versões do DirectX visam dar suporte àutilização dos recursos encontrados nos novos processadores.

As placas de CPU para Pentium II podem ser usadas para instalar umPentium III, desde que o barramento externo seja de 100 MHz. Placas paraPentium II mais antigas operavam com apenas 66 MHz (ex: chipset i440LX),e desta forma não aproveitavam todo o potencial do Pentium III. Logo aseguir, pequenas modificações de hardware e de BIOS foram feitas nasplacas para Pentium II disponíveis na época, visando não apenas dar suporteao Pentium III, mas aproveitar todo o seu potencial.

Também deve ser tomado cuidado com a questão do cooler. Existemcoolers que são próprios para o Pentium II, e outros que são próprios para oPentium III. O Pentium II possui na sua parte posterior uma chapa metálicapara acoplar o ventilador e facilitar a dissipação de calor. O seuencapsulamento é conhecido como SECC. O Pentium III usa o SECC2, quenão possui esta chapa metálica, ficando exposta a placa onde está oprocessador e a cache L2. Conjuntos de ventilador/dissipador para o PentiumIII deverão conter a chapa metálica apropriada. Ao comprar um Pentium III,não esqueça também de pedir um cooler para Pentium III.

O Pentium III presta uma valiosa contribuição ao uso intensivo de sons,vídeos e imagens 3D em sites da Internet. Graças às avançadas instruçõesSSE para áudio e vídeo, é possível comprimir bastante esses elementos,tornando rápida a sua transmissão pela Internet. A descompressão, operaçãoque envolve muitos cálculos, pode ser feita de forma mais rápida com asnovas instruções do Pentium III. Desta forma imagens de melhor qualidadesão transmitidas mais rapidamente e novamente exibidas em alta qualidadeno computador receptor. As instruções 3D também agilizam a exibição deelementos 3D (VRML).

O Pentium III Coppermine

Sem dúvida um dos fatores que contribuiu (como sempre contribui) para aevolução do Pentium III foi a redução no tamanho dos minúsculostransistores que os formam. Ao ser lançado em 1997, o Pentium II usava atecnologia de 0,35 mícron (ou seja, cada minúsculo transistor media 0,35


milésimos de milímetro). Já o Pentium II de 333 MHz introduziu a tecnologiade 0,25 mícron. Os atuais modelos utilizam a tecnologia mais recente, 0,18mícron. A partir de meados de 2001, começou o uso da tecnologia de 0,13mícron. Ao utilizar transistores menores é possível produzir processadorescom clocks mais elevados e com menos aquecimento. Sem dúvida a elevadadissipação de calor é o maior obstáculo para atingir clocks elevados. Portantoao reduzir o aquecimento, os fabricantes de processadores podem lançarmodelos com clocks mais elevados, ainda mantendo níveis de aquecimentoaceitáveis.

Outra vantagem das tecnologias de transistores menores é a redução notamanho do chip. Ao ocupar menos espaço, torna-se possível acrescentarmais circuitos, ou seja, mais recursos. Desta forma foi possível acrescentar aosprocessadores, instruções MMX, instruções SSE e integrar a cache L2 aonúcleo do processador. Finalmente temos a vantagem da redução dospreços. Preços de processadores são em parte definidos por questõescomerciais, mas também em parte por questões técnicas. Ao reduzir otamanho de um chip, é possível produzir um número maior deles em cadalote. Isto resulta em redução do custo de produção que pode ser repassadaao usuário final.

Figura 3.15

Base de silício onde são construídos os chips.

A figura 15 mostra a base de silício (waffer) na qual são produzidos os chips.Esta base tem 20, 30 ou 40 cm de diâmetro, dependendo do equipamentousado na produção. Os pequenos quadrados estampados na base (mostradosem detalhe à direita) são os processadores. Quanto menor é o tamanho dostransistores, maior é o número de processadores que podem ser construídos


em cada waffer, e desta forma, menor poderá ser o custo unitário. A adoçãode tecnologias de produção com transistores menores permite lançar novasversões de processadores mais rápidos, com menor dissipação de calor emenor custo.

Outro melhoramento importante foi o aumento do clock externo, permitindoo uso de memórias mais rápidas. Desde o lançamento do Pentium, acomunicação entre o processador e o seu exterior (o que inclui a memóriaRAM) era feita com o clock de 66 MHz, ou seja, permitia realizarteoricamente até 66 milhões de acessos à memória por segundo. Em abril de1998 o barramento do Pentium II passou a operar com até 100 MHz,possibilitando o uso das memórias classificadas como PC100. Em setembrode 1999 chegaram ao mercado modelos do Pentium III com clock externode 133 MHz (ainda com o núcleo Katmai), permitindo assim o uso dememórias PC133. Se o clock externo do processador não tivesse aumentado,boa parte dos ganhos de desempenho seria colocada a perder. As versões de233 a 333 MHz do Pentium II funcionavam com clock externo fixo em 66MHz. Quanto mais elevado era o seu clock interno, mais difícil era obterdesempenho mais elevado. Compare a relação entre clock interno e externopara esses processadores:

Processador Clock interno Clock externo MultiplicadorPentium II/233 233 MHz 66 MHz 3.5xPentium II/266 266 MHz 66 MHz 4xPentium II/300 300 MHz 66 MHz 4.5xPentium II/333 333 MHz 66 MHz 5x

Comparando os multiplicadores 3.5x e 5x do Pentium II/233 e do PentiumII/333, respectivamente, podemos afirmar que a capacidade do PentiumII/333 em buscar dados e instruções na memória manteve-se fixa (ou seja,aumentou 0%), enquanto a capacidade de processamento aumentou em 42%.Sendo assim, o aumento global no desempenho do processador não foi de42%, fixou-se em um índice menor. Medidas de desempenho feitas comprogramas especializados mostraram que o desempenho do Pentium II/333 éapenas 35% maior que o do Pentium II/233, e não 42% como seria se o clockinterno fosse o único determinante da velocidade de um processador. Istomostra que para aproveitar integralmente o aumento do clock interno, épreciso melhorar o desempenho dos acessos à memória.

Esta situação foi melhorada com o lançamento de novos modelos doPentium II e posteriormente do Pentium III, com clock externo de 100 MHz,50% maior que 66 MHz. As primeiras versões do Pentium II a usarem o novo


clock externo de 100 MHz foram as de 300, 350 e 400 MHz. Comparando oPentium II/350 com o Pentium II/233, temos aumentos de 50% tanto no clockinterno como no externo. Como resultado de ambos os clocks teremaumentado em 50%, o desempenho do Pentium II/350 é também 50% maiorque o do Pentium II/233.

Novos modelos do Pentium II, que deu lugar ao Pentium III, foram lançadoscom clocks mais elevados. Em agosto/1999 tínhamos o Pentium III/600, aindaoperando com o clock externo de 100 MHz. Usando o multiplicador 6x, obarramento de 100 MHz deste processador já era considerado lento emrelação aos 600 MHz que usava internamente. Para melhorar a situação,foram lançadas em setembro/1999 as primeiras versões do Pentium III combarramento externo de 133 MHz. Com 600 MHz internos e 133 MHzexternos, o multiplicador usado é 4.5x, menos ruim que o 6x usado naversão anterior.

Por mais que se procure desenvolver memórias mais rápidas, um problemasempre ocorre na evolução dos processadores: a velocidade das memóriasnão acompanha a mesma evolução que a velocidade dos processadores. Noprimeiro Pentium lançado, tanto o clock interno como o externo eram de 66MHz, portanto o multiplicador era 1x. Nos modelos mais atuais do PentiumIII são usados multiplicadores elevados como 6x e superiores. No PentiumIII de 1000 MHz, o multiplicador é 7.5x. Isto significa que a velocidade doprocessador evoluiu 7.5 vezes mais que a velocidade das memórias.Felizmente a Intel e outros fabricantes de processadores utilizaram umaforma de melhorar este quadro: utilizar uma memória cache L2 mais rápida,operando com a mesma freqüência do núcleo do processador. Esta é umadas principais características do Pentium III Coppermine.

A versão Coppermine do Pentium III incorpora mais um melhoramento nacache L2. A Intel chama a tecnologia de Advanced Transfer Cache. Com aadoção do processo de fabricação com 0,18 mícron no lugar de 0,25 mícron,tornou-se possível incorporar a cache L2 ao próprio núcleo do processador,ao invés de utilizar chips SRAM independentes. Apesar de ter agora apenas256 kB, a cache L2 do Pentium III é acessada com a mesma velocidade donúcleo, e não mais com a metade deste valor. Em um Pentium III /600E, oclock de acesso à cache L2 é de 600 MHz, e não de 300 MHz como noPentium III/600. De certa forma, dobrar a velocidade de acesso à cache L2compensa com vantagem a sua redução em tamanho pela metade. Melhorainda, a transferência de dados entre a cache L2 e o núcleo do processadornão é feito mais em grupos de 64 bits, e sim em grupos de 256 bits, ou seja, 4vezes mais rápido. Comparando de forma simplificada, a cache L2 do


Pentium III Coppermine tem tamanho duas vezes menor, mas sua taxa detransferência de dados para o processador é 8 vezes maior. O PentiumIII/600 foi o último a ser produzido com a cache L2 “tradicional”, com 512kB (núcleo Katmai), formada por chips SRAM e acesso em 64 bits. Todas asnovas versões do Pentium III, de 600 MHz em diante, além das versões550E, 533EB e 500E apresentam cache L2 na nova arquitetura. A tabela quese segue compara as caches L2 utilizadas nos últimos anos.

Processador Tamanhoda cache L2

Tipo decache L2

Númerode bits

Clock dacache L2

Pentium MMX 512 kB Chips SRAMna placa de CPU

64 66 MHz

Pentium II e IIIoriginal (Katmai)

512 kB Chips SRAMno cartucho

64 Metade do clockdo núcleo

Pentium IIIE(Coppermine)

256 kB Integrado ao núcleo 256 Clock igual ao do núcleo

Você pode encontrar no Pentium III, sufixos como B, E e EB. O sufixo Eindica que o Pentium III é um modelo construído com tecnologia de 0,18mícron e com Advanced Transfer Cache de 256 kB (núcleo Coppermine).Da mesma forma, o sufixo B indica o clock externo de 133 MHz (pode sernúcleo Katmai ou Coppermine). Entretanto a ausência desses sufixos nãoindica a ausência desses recursos. Eles são usados pela Intel apenas paradiferenciar entre modelos que possuem e que não possuem esses recursos.Por exemplo, o Pentium III de 700 MHz não possui versões com clockexterno de 133 MHz, nem versões com cache L2 de 512 kB operando com ametade do clock do núcleo, por isso não utiliza sufixos. Já o Pentium III de600 MHz possui 4 versões: 600, 600E, 600B e 600EB.


Figura3.16

Versões do Pentium IIIcom encapsulamentode cartucho.

A figura 16 mostra uma tabela com os modelos de Pentium III comencapsulamento de cartucho (SECC2), ou seja, para placas de CPUequipadas com o Slot 1, disponíveis até março/2001. Para cada um deles éindicado o clock interno, o clock externo, o tamanho e o tipo de cache. Noteque existem versões Katmai, com cache L2 de 512 kB formada por chipsSRAM, e versões Coppermine, com cache L2 de 256 kB integrada aonúcleo. Existem versões com barramentos de 100 e 133 MHz. Quando doismodelos têm o mesmo clock interno mas são produzidos com clocksexternos diferentes (100 e 133 MHz), o sufixo “B” é usado para indicar aversão de 133 MHz.


Figura3.17

Versões do Pentium IIIcom encapsulamentoFC-PGA.

A figura 17 mostra uma tabela com as versões do Pentium III comencapsulamento FC-PGA, ou seja, próprios para placas de CPU equipadascom o Soquete 370 (março/2001). Todos eles apresentam o núcleoCoppermine, mas encontramos versões com clocks externos de 100 e de 133MHz. O sufixo B é usado para diferenciar a versão de 133 MHz, quandoexistem um modelo de mesmo clock interno e com o clock externo de 100MHz.

Pentium 4No final do ano 2000 a Intel lançou o processador Pentium 4, juntamentecom o chipset i850. Este processador inaugura finalmente uma nova famíliade chips Intel de alto desempenho. A família anterior, formada pelosprocessadores Pentium Pro, Pentium II, Pentium III e Celeron, era baseadana microarquitetura P6. Cada um deles não era na verdade um projeto novo,mas um melhoramento do projeto anterior.


Figura3.18

Processador Pentium 4e chipset i850.

O Pentium 4 deverá substituir o Pentium III (assim como o Pentium IIIsubstituiu o Pentium II, como o Pentium II substituiu o Pentium MMX,como o Pentium substituiu o 486, etc.). Um Pentium 4 de 1.5 GHz temvelocidade de processamento quase duas vezes maior que a de um PentiumIII/800.

O Pentium 4 foi lançado inicialmente nas versões de 1.4 e 1.5 GHz. Paraaplicações em que é necessária alta produtividade, nas quais “tempo édinheiro”, qualquer aumento de velocidade pode resultar em economia emaior faturamento.

Tecnicamente, o Pentium 4 é um marco importante. O Pentium II e oPentium III eram basicamente melhoramentos do Pentium Pro, lançado em1995, todos com a microarquitetura conhecida como P6. O Pentium 4 é umprojeto novo, utiliza uma nova arquitetura chamada de NetBurst. É umprojeto novo que começou do zero, e não uma sucessão de melhoramentosfeitos em uma arquitetura já existente. São os seguintes os principaismelhoramentos desta arquitetura:

* Barramento externo de 400 MHz, contra 133 MHz do Pentium III* Cache L1 mais eficiente* Unidade lógica e aritmética com o dobro da freqüência do processador* 20 estágios pipeline, contra apenas 10 do Pentium III* 144 novas instruções para processamento de sons, imagens e gráficos 3D

Um PC baseado no Pentium 4 tem algumas características diferentes. Osgabinetes precisam ter furos adicionais para acomodar o novo processo defixação do processador. O soquete é diferente do utilizado no Pentium III.


Utiliza o formato ZIF, mas possui 423 pinos. As memórias precisam ser dotipo RDRAM para permitir o funcionamento a 400 MHz. São necessárioscoolers diferentes, e os gabinetes devem ter uma boa dissipação de calor, jáque o Pentium 4 é um chip bastante quente.

Netburst x P6

Até o Pentium III, a arquitetura utilizada era a chamada “P6”, introduzida nofinal de 1995, com o Pentium Pro de 150 MHz. Este processador não foi umgrande sucesso de vendas na sua época, pois era otimizado para executarprogramas de 32 bits, e naquela época o mercado de software era dominadopor programas de 16 bits. O Pentium Pro era menos eficiente que o PentiumMMX na execução de programas de 16 bits, por isso seu uso foipraticamente restrito a servidores baseados no Windows NT. Com apopularização do Windows 95 e aplicativos de 32 bits, a microarquitetura P6passou a ser mais vantajosa. Com diversas adaptações, foi lançado o PentiumII. A partir daí, vários melhoramentos foram introduzidos: barramento de100 MHz, instruções SSE, barramento de 133 MHz, cache L2 duas vezesmais rápida, tudo isso acompanhado pelo aumento de clock, graças ao usode tecnologias de fabricação que possibilitavam a construção de transistorescada vez menores. Inicialmente era usada a tecnologia de 0,35 mícron (1mícron = 1 milésimo de milímetro), sendo substituída por 0,25 mícron, emais recentemente por 0,18 mícron. Menor tamanho significa menor custo(já que o número de peças produzidas por cada matriz é maior) e menordissipação de calor. O calor é o principal elemento a ser vencido para aobtenção de clocks elevados. Em 2001, a Intel passará a utilizar a tecnologiade 0,13 mícron.

O Pentium III/1000 é um produto resultante de uma seqüência demelhoramentos que começaram há 5 anos com o Pentium Pro/150. Istosignifica que a microarquitetura P6 foi bastante prolongada, chegando a umclock quase 7 vezes maior que o utilizado no seu lançamento. Apenas porcomparação, a microarquitetura P5 (Pentium e Pentium MMX) foi de 60 a233 MHz (quase 4 vezes) durante seu ciclo de vida (1992-1997). A arquiteturado 486 foi submetida a clocks de 25 a 100 MHz (4 vezes) e a arquitetura do386 operou inicialmente a 16 MHz, terminando em 40 MHz (2.5 vezes).Vemos portanto que a arquitetura P6 teve sua utilização bastante prolongada,o que resulta em problemas tecnológicos para a introdução de novosmelhoramentos.

Finalmente a Intel passa a ter uma nova arquitetura, com espaço paracrescer, obter clocks mais elevados e desempenho proporcionalmente maior.


Esta arquitetura é chamada pela Intel de Netburst, e traz váriosmelhoramentos.

Tecnologia e clocks dos primeiros modelos do Pentium 4

As primeiras versões do Pentium 4 utilizam tecnologia de 0.18 micron. Seusclocks são respectivamente 1.4 e 1.5 GHz. Em breve (meados de 2001) aIntel passará a utilizar a tecnologia de 0.13 micron, reduzindo os preços epossibilitando atingir clocks mais elevados. As primeiras versões do Pentium4 dissipam 52 e 56 watts, respectivamente. São chips extremamente quentes erequerem fontes, gabinentes e coolers especiais. Em geral os processadoresmais rápidos dissipam entre 30 e 50 watts. Subir a dissipação de potênciamuito acima de 60 watts resulta em sérios problemas de aquecimento,portanto o lançamento de versões mais rápidas pode estar condicionado àadoção do novo processo de fabricação, com 0.13 micron.

Soquete de 423 pinos

Novas placas e novos chipsets. As placas de CPU para Pentium III, queutilizam o Socket 370, não aceitam a instalação de um Pentium 4. Não éapenas a questão do soquete, todo o funcionamento eletrônico do chip édiferente. Existem semelhanças com o Pentium III, como a arquitetura de 32bits (IA-32) e as memórias de 64 bits. Fora isto, a eletrônica é totalmentediferente, exigindo chipsets próprios. O primeiro chipset disponível para oPentium 4 é o Intel i850.

Barramento de 400 MHz

O barramento do Pentium 4, opera com 64 bits, tal qual o do Pentium III,entretanto o clock é bem mais elevado: 400 MHz, contra apenas 133 MHzdo Pentium III. Isto significa que enquanto o Pentium III acessa a memóriana velocidade de 1.06 GB/s, o Pentium 4 atinge 3.2 GB/s. Este salto nodesempenho da memória é muito importante, e bastante significativo.Durante os 5 anos de vida da arquitetura P6, o acesso às memórias foi de 60a 133 MHz. Agora com 400 MHz, novas aplicações complexas poderão serexecutadas em tempo real.

Cálculos em 2x

A unidade lógica e aritmética do Pentium 4 opera com o dobro davelocidade do seu núcleo. Isto é inédito em processadores. Operando a 1.5GHz, um Pentium 4 é capaz de realizar 3 bilhões de adições por segundo. Amaioria das operações matemáticas simples com números inteiros poderá serfeita em apenas meio período de clock.


SSE2

As instruções SSE introduzidas no Pentium III foram melhoradas, e passarama ser chamadas SSE2. São uma evolução da tecnologia MMX, agora com144 novas instruções que tornam mais rápidas operações complexas comodescompressão de vídeo MPEG-2 (DVD), reconhecimento de voz, geraçãode gráficos 3D, exibição de vídeo, compressão MP3, processamento de sinaisem geral. As operações SSE2 passam a utilizar números de ponto flutuantecom 128 bits, contra os 64 bits anteriormente usados. Isto significa maiorprecisão nos cálculos sem gasto adicional de tempo. Para aproveitar essesnovos recursos é preciso instalar no computador, o DirectX 8.0 ou superior.

Hyper Pipelined Technology

Todos os procesadores modernos executam suas instruções em modopipeline. Ao invés de serem usadas unidades de execução complexas elentas, são utilizadas várias unidades elementares, sendo cada uma delas maissimples e rápida, todas ligadas em série. É como uma linha de montagem.Imagine 20 pessoas ao mesmo tempo montando um automóvel. O grupo sópoderia montar um carro de cada vez. Mais rápido seria colocar as pessoasem uma linha, cada uma responsável por uma etapa da montagem. Este ébasicamente o princípio do pipeline. A arquitetura P6 em 10 estágiospipeline, o Pentium 4 possui 20, o que o torna potencialmente mais veloz naexecução de instruções. Em outras palavras, cada “GHz” do Pentium 4 temmais capacidade de processamento que cada “GHz” do Pentium III.

A nova cache L1

Este é um ponto que talvez seja melhorado em versões posteriores. A cacheL1 do Pentium III tinha 32 kB (16k para dados e 16k para código). OPentium 4 tem 8 kB de cache para dados e 12 kB de cache para código(trace cache). O uso de uma cache menor pode ser conseqüência dofuncionamento mais eficiente da cache de código. Ao invés de armazenarinstruções, a cache L1 do Pentium 4 armazena micro-operações, ou seja,instruções já decodificadas e divididas em operações elementares. Ao acessardados na área de código da cache L1, o Pentium 4 não perderá portantotempo repetindo essas etapas. Com mais eficiência, a cache L1 pode ter seutamanho diminuído sem comprometer o desempenho do processador.

Cache L2

A cache L2 do Pentium 4 é similar à do Pentium III, com 256 kB, 256 bits eoperando na mesma freqüência do núcleo.


Execução especulativa 33% mais eficiente que do Pentium III

Todos os processadores modernos fazem execução especulativa. Aoreceberem uma seqüência de instruções da memória, passam a executarvárias delas simultaneamente. Ocorre que algumas instruções dependem doresultado de outras, que podem ainda não ter sido concluídas. Este problemanão ocorria com os processadores antigos, que executavam uma instrução decada vez. Para permitir o paralelismo, o processador precisa “especular” qualserá o resultado de operações ainda não terminadas. Várias vezes aespeculação falha, e é preciso repetir aquele trecho de programa. O Pentium4 sofreu melhoramentos que permitem “acertar” esta especulação em maisvezes que o Pentium III.

Chipset i850 e placa de CPU D850GB

O Pentium 4 requer novos chipsets e novas placas de CPU. Portanto deforma simultânea com o seu lançamento, a Intel colocou também nomercado o chipset i850 e a placa de CPU que o utiliza, a D850GB. Aprincípio é uma placa semelhante a outras, no padrão ATX, com slot AGP4x e 5 slots PCI, interface ATA-100, conectores seriais, paralelo e USB. Asprincipais diferenças estão na presença do soquete de 423 pinos e nossoquetes para memórias RDRAM. Essas memórias, ainda caras, tendem asubstituir as atuais PC100 e PC133 usadas nos últimos anos. Logo a seguir, osfabricantes de placas de CPU passaram a produzir modelos para o Pentium4, como é o caso da P4T, produzida pela Asus.

Sem número de série

O polêmico número de série introduzido no Pentium III, que possibilitava aidentificação do processador, foi muito criticado pela comunidade deinformática. Além de permitir maior segurança no comércio eletrônico, eletambém possibilitava a identificação do usuário, comprometendo oanonimato e a privacidade. A solução foi incluir no BIOS um comando paradesabilita-lo. Foi tão criticado que a Intel resolveu não usá-lo no Pentium 4.

ItaniumA Intel lançará em breve o processador Itanium, que não será abordadoneste livro. A rigor, um computador equipado com este processador nãopoderá ser classificado como “PC”. Ele não é um processador classe x86,padrão utilizado nos PCs. Os processadores x86 foram originados no 8086 eno 8088 (este último usado no primeiro IBM PC), lançados no final dos anos70, e que deram origem a todos os processadores usados nos PCs produzidosa partir de 1980. Processadores modernos como o Pentium III, Pentium 4,


Celeron, Athlon e Duron são de classe x86. Isto significa que um programausado em 1980 pode funcionar em um PC moderno, graças àcompatibilidade com as instruções x86. Mais especificamente, osprocessadores modernos seguem à arquitetura IA-32 (Arquitetura Intel de 32bits). Esta arquitetura foi inaugurada com o processador 386, em meados dosanos 80.

O Itanium inaugura uma nova arquitetura, a IA-64. As instruções executadaspelo Itanium são incompatíveis com as existentes na arquitetura IA-32. Istosignifica que os programas para Windows, por exemplo, não funcionarão noItanium, pelo menos de forma direta. Duas providências serão tomadas paraque esta compatibilidade seja possível:

a) Todos os programas serão lançados em versões para Itaniumb) O Itanium poderá funcionar em modo de emulação IA-32

Teremos no futuro, versões diferentes do Windows, uma para IA-32(Pentium III, Pentium 4, Athlon, etc.) e uma para Itanium. O mesmoocorrerá com os utilitários e aplicativos. Este recurso já é utilizado peloWindows NT/2000, sistemas criados para serem facilmente portados paraoutras plataformas. O sistema operacional Linux também poderá serfacilmente convertido para IA-64. Como o Itanium é destinado inicialmentea uso em servidores, é possível que apenas o Windows 2000 seja convertido,enquanto o Windows 9x/ME/XP continuará compatível apenas com aarquitetura IA-32.

O modo de emulação IA-32 é um recurso que permitirá ao Itaniumprocessar programas criados para esta arquitetura. Sua eficiência serábastante reduzida ao operar neste modo, mas este recurso poderá permitiruma eventual transição entre as arquiteturas IA-32 e IA-64.

A arquitetura IA-32 é bastante arcaica. Os processadores modernosexecutam em alta velocidade, tarefas feitas de forma ineficiente. A altavelocidade compensa a ineficiência. Eles fazem rapidamente as mesmascoisas que faziam os processadores do final dos anos 70. A arquitetura IA-64é na verdade uma forma nova, mais eficiente de processar dados,desenvolvida nos anos 90. É uma arquitetura mais adequada ao século 21.Quando os computadores equipados com o Itanium se tornarem realidade,você encontrará mais informações em www.laercio.com.br/livro26.htm.

Athlon


Lançado em meados de 1999, este novo processador AMD trazia umacaracterística inédita: tomou o primeiro lugar da Intel na corrida peloprocessador mais rápido para PCs. Um Athlon/550, por exemplo, erasensivelmente mais veloz que um Pentium III/550, e seu custo era menor. Apartir daí, Intel e AMD começaram uma corrida em busca do primeirolugar. A Intel lançava um modelo mais veloz, logo a seguir a AMD lançavaum modelo ainda mais veloz, depois a Intel fazia o mesmo, e assim pordiante.

Figura 3.19

Processador AMD Athlon para Slot A.

A primeira versão do Athlon usava tecnologia de 0,25 mícron e utilizava umencapsulamento de cartucho, similar ao do Pentium II e do Pentium III. Oseu soquete, chamado Slot A, era bastante parecido com o Slot 1, entretantonão são compatíveis do ponto de vista elétrico. Não é possível encaixar umAthlon em um Slot 1, assim como não é possível encaixar um Pentium II/IIIem um Slot A. Ambos os conectores são parecidos, mas possuem chanfrosem posições diferentes que impedem o encaixe do processador errado. Umtécnico distraído pode conseguir encaixar um Athlon no Slot 1, se inverter aposição do processador. Se isto for feito, o processador obviamente nãofuncionará. O processador e a placa de CPU serão danificados.

No detalhe à direita da figura 19, que mostra processadores Athlon com ocartucho aberto, podemos observar que na placa interna existe oprocessador propriamente dito, na sua parte central, e dois chips dememória, que formam a cache L2.


Figura 3.20

Processador Athlon para Socket A.

Em meados de 2000, a AMD lançou uma nova versão do Athlon chamadaThunderbird (figura 20). Este processador possui no seu interior, 256 kB decache L2 operando com a mesma freqüência do núcleo. A partir daí tornou-se desnecessário o uso do encapsulamento de cartucho, e passou a ser usadoo encapsulamento PGA. Este processador deve ser instalado no chamadoSocket A.

Apesar dos novos processadores Athlon terem encapsulamento PGA, aAMD ainda produz versões de cartucho. Podemos identificar facilmente umAthlon T-Bird de cartucho. Observe na figura 21 a descrição da numeraçãoexistente no processador. Os dígitos “2” e “4” na figura caracterizam o T-Bird. O “2” indica que a cache L2 tem 256 kB, e o “4” indica que o divisorde cache é 1:1, ou seja, a cache opera na mesma freqüência do núcleo. Essesprocessadores são mais velozes que os Athlons originais, e podem serinstalados em placas de CPU com Slot A. Como essas placas foramoriginalmente projetadas para os Athlons “antigos” (não T-Bird), o seu BIOSpoderá apresentar a mensagem “Unknown Athlon Processor” (processadorAthlon desconhecido) durante o boot. Este não reconhecimento preciso doprocessador não traz maiores conseqüências ao funcionamento docomputador. O reconhecimento correto pode ser feito se realizarmos umaatualização no BIOS da placa de CPU.


Figura 3.21

Identificação de umprocessador Athlon T-Bird paraSlot A.

O Athlon foi projetado para ser um processador compatível com asarquiteturas x86 / IA-32 e processar todos os sistemas operacionais eprogramas para PCs, como o Windows 9x/ME, Windows NT/2000, Linux,etc. Todos os programas que funcinam no Pentium, Pentium II/Pentium III edemais processadores Intel, funcionam também no Athlon. Apenas algumasatualizações cabem ser feitas nos sistemas operacionais. O Windows 2000,por exemplo, requer a instalação do Service Pack 1 para corrigir algunsproblemas.

Na prática, um Athlon T-Bird tem desempenho praticamente igual ao de umPentium III Coppermine de mesmo clock, mas seu preço é sensivelmentemenor.

Tudo o que é ensinado neste livro a respeito de montagem, configuração eexpansão de PCs, vale tanto para a linha Intel como para a linha AMD. Asplacas de expansão, as memórias, os gabinetes e fontes, discos rígidos, drivesde CD-ROM e monitores que são usados para montar PCs baseados emprocessadores Intel, são os mesmos usados para montar PCs baseados emprocessadores AMD, como Athlon e Duron. Apenas as placas de CPUdevem ser apropriadas para o processador utilizado. Mesmo assim essasplacas de CPU, apesar de serem direcionadas para processadores diferentes,possuem características bastante semelhantes. Não conseguimos à primeiravista, perceber a diferença entre uma placa de CPU para processadores Intele uma para processadores AMD. Apenas depois de examinar o soquete ouslot do processador percebemos a diferença.


Barramento de 200 a 400 MHz

O Athlon foi criado para operar com um barramento externo de 200 MHz,podendo ter este clock aumentado para até 400 MHz. Isto tornará possível acompatibilidade com novas memórias mais velozes a serem lançadas em umfuturo próximo. Este barramento emprega um método chamado DDR(Double Data Rate), já utilizado por vários barramentos para obter clocksmaiores. Em cada período de clock, o Athlon realiza duas transferências dedados, portanto cada período vale por dois. Com o clock de 100 MHz eusando DDR, o resultado é equivalente ao de um clock de 200 MHz. Com133 MHz e DDR, o resultado é 266 MHz, e com 200 MHz e DDR, oresultado é o mesmo que 400 MHz. As primeiras versões do Athlonoperavam com 100 MHz x 2. No final do ano 2000 foram lançadas versõesde 133 MHz x 2. Note que um Athlon operando com 100 MHz e DDRproduz um resultado melhor que um Pentium III usando 133 MHz, semDDR.

Mesmo sendo o Athlon capaz de operar a 200 MHz externos, as primeirasplacas de CPU para Athlon não suportavam memórias de 200 MHz, poiselas simplesmente não existiam. Os primeiros chipsets faziam a comunicaçãocom o processador à taxa de 200 MHz (100 MHz com DDR), mascomunicavam-se com a memória a 100 ou 133 MHz (memórias PC100 ePC133). No início do ano 2001 começaram a surgir no mercado, placas deCPU com suporte a memórias DDR. Memórias DDR200 podem operar a200 MHz, e memórias DDR266 podem operar a 266 MHz. Com o usodessas novas placas de CPU e novas memórias, o Athlon finalmente poderátirar o máximo proveito do seu veloz barramento externo.

Cache L1 de 128 kB

Caches maiores e com maior clock resultam em maior desempenho. Osprocessadores Intel tradicionalmente usam caches L1 de tamanho modesto,como 16 kB e 32 kB. Processadores AMD costumam usar caches L1 maiorescomo os 64 kB do K6-2 e do K6-III. A AMD colocou no Athlon, uma cacheL1 de 128 kB. É um tamanho de cache bastante generoso. A conseqüênciadeste tamanho maior é que o processador encontrará com maiorprobabilidade, os dados e instruções que necessita na própria cache L1, sema necessidade de utilizar mecanismos de acesso mais demorados para obteressas informações.

Unidade de ponto flutuante

A unidade de ponto flutuante, responsável pela execução de cálculosmatemáticos complexos, é de extrema importância na execução de


programas científicos, programas de CAD e engenharia, e em programas quegeram gráficos tridimensionais. Antigamente, só engenheiros e cientistasprecisavam de uma unidade de ponto flutuante. Hoje, todos os jogos 3Dnecessitam deste recurso. Por isso todos os processadores modernos possuemem seu interior, uma unidade de ponto flutuante, capaz de realizar operaçõesmatemáticas complexas com extrema velocidade.

Até pouco tempo, a unidade de ponto flutuante de processadores Intel eraimbatível. Um Celeron/266, por exemplo, realizava cálculos de forma maisrápida que um AMD K6-III/450. Esta situação mudou com o processadorAthlon. Sua unidade de ponto flutuante foi totalmente reprojetada visandomáxima eficiência. Um Athlon realiza cálculos matemáticos complexos comvelocidade de 10 a 15% maior que um Pentium III de mesmo clock.

DuronAssim como a Intel produziu processadores Celeron como versões de menorcusto e menor desempenho do Pentium II e Pentium III, a AMD produziu apartir do Athlon T-Bird, o AMD Duron. Tecnicamente a única diferençaentre o Athlon e o Duron é a cache L2. O Athlon tem 256 kB, enquanto oDuron tem 64 KB. Todas as demais características são similares às doAthlon. Inclusive o aspecto externo do Duron é bastante parecido com o doAthlon, como podemos ver na figura 22.

Figura 3.22

Processador AMD Duron.

O AMD Duron destina-se ao mercado de PCs de baixo custo. Foi criadopara substituir o K6-2, o processador que dominou este mercado entre 1998e 2000. Ao mesmo tempo em que cessou a produção de chips K6-2, no final


do ano 2000, aumenta a oferta de processadores Duron e de placas de CPUde baixo custo, com áudio e vídeo onboard, equipadas com Socket A.

A princípio qualquer versão do Athlon pode ter uma versão do Duroncorrespondente, mas na prática não é o que tem ocorrido. A AMD tem dadoprioriadade em produzir Athlons com clocks mais altos e Durons com clocksmais baixos. Enquanto eram oferecidos Athlons entre 800 e 1200 MHz, oDuron era oferecido em versões de 700 a 850 MHz.

Deixando de lado a cache L2, que no Duron tem apenas 64 kB, todas assuas demais características são idênticas às do Athlon, como a cache L1 de128 kB, o barramento externo de 200 MHz e a unidade de ponto flutuantede alto desempenho. É um excelente substituto de alto desempenho para oK6-2, voltado para o mercado dos PCs de baixo custo.

Note que o Duron não foi produzido em versões de cartucho. O Duronpassou a ser produzido já na versão T-Bird, com encapsulamento PGA.

VIA Cyrix IIIApesar deste processador ser bastante raro no Brasil, não poderíamos deixarde fazer uma citação. Afinal a Cyrix sempre foi o terceiro maior fabricantede processadores para PCs. Durante seus áureos tempos, chegou a produzirprocessadores melhores que os da AMD e Intel. Era o Cyrix 6x86 PR200,mais veloz e mais barato que o Pentium-200. Produziu ainda processadores6x86MX e M-II, ambos com tecnologia MMX. Infelizmente a Cyrix mudoude dono duas vezes ao longo dos útlimos anos. Foi comprada pela NationalSemiconductors, que praticamente a sucateou. Passou muito tempo semnovos lançamentos, até que foi finalmente comprada pela VIA Technologies.Atualmente o processador chama-se Via Cyrix III. Ele é na verdade umaespécie de Celeron, tendo alguns pontos superiores e outros inferiores. Ospontos superiores são:

Barramento de 66, 100 ou 133 MHz Clocks mais elevados, como 700 MHz Cache L1 com 128 kB Instruções 3D Now e MMX Utiliza o Soquete 370, compatível com placas para Pentium III e

Celeron Baixa dissipação de calor Baixo custo


Seu ponto fraco é a cache L2, inexistente. Isso mesmo, a Cyrix preferiuaumentar o tamanho da cache L1 e acabar com a cache L2. Isso lembra osprimeiros processadores Celeron, que também não tinham cache L2.

Figura3.23

Processador VIA CyrixIII.

Esses processadores têm tudo para ocupar uma fatia no mercado de PCs debaixo custo, assim como ocorreu com antigos modelos da Cyrix, desde que,é claro, consigam produzi-los em quantidade. Pelo menos no Brasil é muitodifícil encontrá-los.

OverclockOverclock é uma técnica de envenenamento do processador, fazendo-otrabalhar mais rápido que o normal. Por exemplo, é possível fazer um K6-2/450 trabalhar com 550 MHz, programando o seu multiplicador para 5.5x,ao invés de 4.5x, ou fazer um Pentium III/700 trabalhar em 933 MHz,programando o seu clock externo para 133 MHz, ao invés de 100 MHz.Praticamente todos os processadores podem ser acelerados por overclock,mas é preciso que você conheça alguns fatos a respeito.

1) Nem sempre o overclock funciona


Se um processador foi projetado para trabalhar com um determinado clock,e o colocarmos para operar com um clock mais elevado, poderá apresentarcomportamento errático.

2) O processador aquece mais

Com maior aquecimento, o processador pode durar menos, ou mesmodanificar-se.

3) Os demais circuitos podem não suportar a velocidade

Especificamente quando aumentamos o clock externo do processador (porexemplo, usando 133 MHz ao invés de 100 MHz), os demais circuitos docomputador poderão não funcionar. Por exemplo, as memórias terão menostempo para encontrar os dados requisitados, e poderão não conseguir fazê-lo.O barramento PCI, como opera com uma fração do clock externo doprocessador na maioria dos chipsets, também ficará acelerado, e as placas deexpansão poderão apresentar erros.

4) Não é recomendado pelos fabricantes

Oficialmente, os fabricantes produzem chips em grandes quantidades, etestam cada um deles, determinando qual é o máximo clock que pode serusado de forma confiável. Se for usado um clock mais elevado, aconfiabilidade será menor.

Além desses argumentos contrários, existem argumentos favoráveis:

1) Se funcionar no meu PC, qual é o problema em usá-lo?

O overclock deve ser feito de forma experimental, individual, e de certomodo, artesanal. Algumas vezes é preciso trocar as memórias ou outrasplacas. Algumas vezes é preciso instalar um segundo ventilador. É muitodifícil fazer isto em série, e é uma desonestidade quando é feito porrevendedores de PCs, que oferecem um processador mais barato, operandocom overclock. Mas se um usuário assume o risco de fazê-lo, e funcionabem, é se ele é dono do seu nariz, é difícil dar um argumento contrário.

2) Melhorando a refrigeração, diminuem os riscos

Se o maior inimigo do overclock é o excesso de aquecimento, o uso de umsegundo ventilador, um gabinete espaçoso, e mesmo a instalação docomputador em um ambiente refrigerado, diminuem o perigo do overclock.

3) Se o processador durar 2 anos ao invés de 20, qual é o problema?


Os processadores podem durar muitos anos se usados em condiçõesnormais. Trabalhando em temperaturas elevadas, podem durar muitomenos. Se um processador queimar depois de 2 anos de uso, não será umgrande problema. Um chip com 2 anos já está provavelmente obsoleto, ouentão pode ser comprado por preços bastante baixos.

4) Os fabricantes enganam a velocidade

Existe o argumento de que na verdade todos os processadores, ou pelomenos quase todos, são capazes de operar com clocks mais altos. Porexemplo, a mesma forma produz o Athlon de 800, 850, 950 e 1000 MHz.Depois dos testes, seriam separados de acordo com a máxima velocidadesuportada. Se todos puderem funcionar a 1000 MHz, alguns deles serãomarcados com clocks menores apenas para poderem ser vendidos tambémnesta faixa de mercado. Ao comprar um desses chips de 800 MHz, porexemplo, poderíamos seguramente colocá-lo para trabalhar em 1000 MHz.

Este autor desaconselha o uso indiscriminado do overclock. Muitos usuárioso fazem por sua própria conta e risco. Se você faz overclock de formaconsciente, um amigo seu com pouco conhecimento técnico poderá gostar efazer o mesmo, sem conhecer os prós e contras.

Thomas Pabst, brilhante autor do brilhante site Tom’s Hardware Page,recomenda, ensina e incentiva o uso do overclock. Sugerimos que osinteressados no assunto não deixam de visitar o seu excelente site:http://www.tomshardware.com

Overclock interno

Este tipo de overclock resulta em aumento na velocidade de processamento,e não altera o funcionamento das memórias, barramentos e demais circuitosdo computador. A velocidade mais alta existe apenas dentro do processador.Consiste em utilizar um multiplicador acima do recomendado. Por exemplo,em um K6-2/450 o multiplicador usado deveria ser 4.5x, mas se for usado5,5x, o clock interno será aumentado para 550 MHz. Um pouco mais dedesempenho no processamento, mantendo em operação normal os demaiscircuitos do PC. No manual da sua placa de CPU existem instruções para aprogramação desses multiplicadores. Note que muitos processadoresmodernos são “travados”, ou seja, não aceitam a alteração dosmultiplicadores.

Overclock externo


Este tipo de overclock atua diretamente sobre o clock externo doprocessador. Ao invés de usar os típicos 133 MHz, usamos opções como 140ou 150 MHz, disponíveis na maioria das placas de CPU modernas.Conseguimos assim melhorar mais ainda o desempenho do PC, pois amemória cache, a memória DRAM, e todas as placas de expansão estarãooperando com velocidade mais elevada. Como todo o computador éacelerado, é também maior a chance de ocorrerem incompatibilidades.Podem ocorrer problemas nas transferências do disco rígido, no funciona-mento da placa de vídeo, erros na cache e na DRAM.

Overclock interno e externo

A velocidade fica ainda maior, mas a chance do processador funcionar ficaainda mais reduzida. Consiste em aumentar, não só o clock externo, comotambém o multiplicador.

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