O microprocessador é um dispositivo de computação completo, fabricado num só chip. O primeiro microprocessador a ser fabricado foi o intel4004 e foi apresentado em 1971. O 4004 não era muito potente, pois executava simplesmente adições e subtracções, e somente a 4 bits de cada vez. Mas, contrariamente aos anteriores, ele era construído num só chip. O 4004 foi usado num dos primeiros calculadores electrónicos que foi construído.
O primeiro microprocessador que foi utilizado num computador pessoal foi Intel 8080, um processador completo de 8 bits, apresentado em 1971. O primeiro processador que verdadeiramente provocou ondas foi o Intel 8088, dado que incorporou a primeira IBM personal computer. Seguidamente ainda, a Intel desenvolveu o 80286, o 80386, o 80486 e por ai fora, como vamos ver mais á frente.
Paralelamente á Intel, também outras marcas desenvolveram os seus processadores, como, por exemplo, a Motorola, que em 1974 apresentou o 6800, um processador de 8bits e com 4.000 transístores. O chip era fabricado segundo a tecnologia NMOS de 6 mícrons e necessitava de uma alimentação de somente 5 volts.
Ainda em 1974 aparece o RCA 1802,capaz de trabalhar a uma velocidade impressionante de 6.4MHz, tendo um desenho de 8 bits com um endereço de 16 bits. Era fabricado com tecnologia CMOS e continha registos de 16 bits que podiam ser acedidos com 32 registos de 8 bits.
Em 1975, Faggin e Shima desenvolveram o ZilogZ80. Este processador era considerado um grande avanço sobre o 8080, trabalhava a 2,5 MHz e continha 8.500 transístores. Posteriormente, com o Z80A, a velocidade passou a 4MHz, sendo capaz de endereçar directamente 64KB de espaço de memória. O Z80 incorporava o primeiro sistema operativo standard para microprocessadores. Este processador foi o primeiro a ser utilizado em muitos sistemas pioneiros, como o Osborne, o Kaypro e o nosso sobejamente conhecido Sinclair ZX80, ZX81 e Spectrum, entre outros.
Voltando novamente á Intel, em 1978 foi apresentado o Intel 8086. Foi com ele que apareceu o conjunto de instruções x86, que ainda hoje subjuga o desenvolvimento dos processadores, devido á necessidade de manter uma compatibilização dos processadores actuais com software menos actual. Este processador já tinha registos de 16 bits, um barramento de dados também de 16 bits e no seu interior continha 29.000 transístores. Outra das suas características era ter um barramento de endereços de 20 bits, o que permitia um endereçamento de memória de até 1 MB. Um dos grandes benefícios do 8086 era manter uma certa compatibilidade na linguagem Assembler com o seu antecessor 8080.
Em 1979, novamente a Intel apresentou o 8088, tendo sido baseado no 8086 Era também um processador 16 bits, mas tinha um barramento de dados de somente 8 bits, e manteve os 20 bits no barramento de endereços, tal como o 8086. Este processador trabalhava a 4,77 MHz.
Ainda em 1979, a Motorola apresentou o 68000, um processador de 16 bits, que incluía um set de instruções de 32 bits. O 68000 tinha, no entanto, um barramento de endereços de 24 bits e um barramento de dados de 16 bits. Foi a plataforma usada em alguns dos primeiros sistemas de UNIX e foi usado pela Apple primeiro na Lisa e posteriormente no Macintosh. No seu interior podíamos encontrar 68.000 transístores.
O avanço seguinte mais significativo nos microprocessadores veio em 1982, com o aparecimento do Intel 80286, a 16 bits. O i286, como ficou conhecido, permitia 1GB de memória virtual endereçável e tinha 130.000 transístores. Trabalhava a velocidades entre os 8 MHz e os 12 MHz, e aumentava em seis vezes a potência do 8086. Endereçava até 16 MB de memória física, continha um barramento de endereços de 14 bits e um de dados de 16 bits.
Este 1985, a Intel lançou outro dos seus trunfos, o 80386, ou i386 como ficou conhecido. Este chip permitiu a transição para a era moderna do computador pessoal. Não devemos esquecer que ainda existem muitos computadores a trabalha com o i386. O processador trabalha a velocidades entre os 16 MHz e os 25 MHz no 386SX e 20 MHz a 40 MHz no 386DX. Tem um desenho de 32 bits com 275.000 transístores. Foi o primeiro processador da Intel a ter ambos os barramentos, dados e endereços de 32 bits. Tem 4GB de espaço de endereçamento e foi o primeiro da família Intel a suportar endereçamento linear.
Em 1986, o projecto de Stanford MIPS produziu o primeiro processador RISC comercial, o R2000. MIPS é uma abreviatura de Microprocessor without Interlocked Popeline Stages.
A Sun apresentou em 1987 o primeiro microprocessador SPARC, que trabalhava a 36 MHz e foi desenhado para correr aplicações de 32 bits.
Em 1989, novamente a Intel lançou o 486. Era um aperfeiçoamento do desenho do 386. Continha 1.2 milhões de transístores, um processador aritmético interno e incluía também uma memória cache interna de 8 KB. De notar que foi o primeiro processador a ter uma cache de nível 1. As frequências de relógio variam entre os 16 MHz e os 100 MHz.
Em 1993, a Intel lança o Pentium, o primeiro chip a incorporar uma arquitectura superescalar, na qual e o seu desenho de pipeline duplo permitia a execução de duas instruções simultâneas. O Pentium tem um barramento de dados de 64 bits, assim como uma cache nível 1 de 16 KB. Este chip incorpora qualquer coisa como 3,1 milhões de transístores e é capaz de atingir uma frequência de relógio de 200 MHz.
Também em 1993, a IBM e a Motorola, em conjunto, apresentam o Power PC 601, um processador que trouxe a arquitectura RISC para o vulgar PC. Este processador e os seus sucessores foram adoptados pela Apple para a sua gama Power Macintosh. Este processador trabalha a uma velocidade que vai desde os 50 MHz aos 120 MHz e contem no seu interior 2,8 milhões de transístores.
Em 1995, o Pentium Pro da Intel foi apresentado ao mundo. O processador foi optimizado para aplicações de 32 bits, a correr em sistemas operativos de 32 bits é um processador de arquitectura superescalar, capaz de executar até três instruções simultâneas. Em relação aos seus antecessores, tem uma novidade que é o facto de ter no seu interior uma memoria cache de nível 2, com a capacidade de 256 KB ou 512 KB. No seu núcleo, o CPU tem qualquer coisa como 5,5 milhões de transístores, as frequências de trabalho são 60 MHz, 66 MHz, 75 MHz, 90 MHz, 150 MHz, 166 MHz, 180 MHz, ou 200 MHz e contem um barramento de endereços de 36 bits.
Em 1996, a Cyrix introduziu a família de processadores 6x86, com as denominações PR120+, PR133+, PR150+, PR166+, PR200+, o que já permite adivinhar as suas frequências de trabalho. Os 6x86 contem uma cache primaria de 16 KB e uma unidade de vírgula flutuante, ou coprocessador aritmético, de 80 bits. Os processadores são superplined e superescalares, contem também um barramento de dados de 64 bits, assim como um barramento de endereços de 32 bits. A família 6x86 foi optimizada para aplicações de 16 e 32 bits.
Em 1997, a Intel apresentou um outro trunfo, um processador Pentium com tecnologia MMX. Este chip tem no seu microcódigo 57 novas instruções, desenhadas em Outubro de 1999, novamente a Intel lança o Pentium III E, com 28,1 milhões de transístores e velocidades entre 600 MHz e 1,26GHz. A partir desta versão, a Intel introduziu algumas diferenças no PIII e uma delas tem a ver com o aspecto físico do mesmo, tendo abandonado o cartridge SECC e voltado ao aspecto de CHIP com o socket 370. Outra diferença é o facto de a cache nível 2 ter passado de 512 KB a 256 KB.
Em Janeiro de 2000, apareceu a versão PIII EB, com barramento a 133 MHz e as mesmas características da versão E.
Em Fevereiro de 2000, a AMD lançou o K6-2 a 500MHz, 533 MHz e 550 MHz e tecnologia 3DNow.
Em Março de 2000, a Intel lança uma nova versão do seu processador de entrada, o Celeron II. Mantém as mesmas características dos anteriores, mas desta vez vem com uma cache nível 2 de 512 KB, tem 28,1 milhões de transístores e velocidades entre os 500 MHz e os 766 MHz.
Em Novembro de 2000, aparece o Pentium 4, tendo abandonado a arquitectura P6, que vinha a utilizar desde o Pentium Pro, e utilizando a nova arquitectura NetBurst. A Intel oferece um processador com 42 milhões de transístores no seu interior, 1,4 GHz de velocidade, cache nível 1 de 64 KB e cache nível 2 de 256 KB.
Em Janeiro de 2001, a AMD lança o Duron com 800 MHz, 850 MHz e 900 MHz, barramento de alta velocidade, uma arquitectura de cache sofisticada e FPU superescalar com tecnologia 3Dnow.
Como se não bastasse ainda, a AMD lança o Atlhon, com velocidades entre os 900 MHz e 1,13 GHz. É um processador pensado para estações de trabalho de grande desempenho. Vejamos agora os CPU numa divisão de gerações (figura 3.1).
3.1 Geraçoes de processadoes
Os computadores são desenhados a volta de diferentes gerações de CPU e na tabela 3.1 podemos ver um outro modo de dividir CPU por gerações, assim como o número de transístores que os compõem. Pode-se ver um nítido domínio da Intel, mas nas últimas gerações as coisas estão a mudar ligeiramente.
3.2 Gerões de computadores
O Recente-Intel Itanium
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