Arquitetura de von Neumann

A Arquitetura de Von Neumann , é uma arquitetura de computador que tem como principal caracteriza a possibilidade de uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular tais programas.

A máquina proposta por Von Neumann reúne os seguintes componentes:

• Possuir uma unidade de processamento central, para a execução de operações lógicas e aritméticas;
• Possuir uma unidade de controle, responsável por determinar o sequenciamento das instruções a serem executadas por meio de sinais de controle;
•  Instruções dos programas armazenadas de maneira sequencial, facilitando a busca;
• Existência de registadores dedicados ao armazenamento dos    operandos e dos resultados das operações;
• Unidade de armazenamento central, na qual são guardados programas e dados, de forma compartilhada;

  

• Existência de um único barramento do sistema, o qual deve ser usado de forma compartilhada para a transferência de dados e instruções entre os diversos blocos.

Arquitetura Harvard

A Arquitetura de Harvard foi desenvolvida  vendo a necessidade de se ter um microcontrolador  trabalhando mais rápido. É uma arquitetura de computador que se distingue das outras por possuir duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e ligação ao processador e na separação de barramentos de dados das memórias onde estão as instruções de programa e das memórias de dados, permitindo que um processador possa acessar as duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor , pois pode buscar uma nova instrução enquanto executa outra.

 Von Neumann vs harvard 

Arquitetura tipo Harvard: Caminhos de dados e de instrução distintos, dessa forma, seus componentes internos também estão dispostos em lugares distintos, o que a torna mais rápida porem mais complexa.

Von Neumann: é processada uma única informação por vez, visto que nessa tecnologia, execução e dados percorrem o mesmo barramento, o que torna a arquitetura mais simples porém torna o processo lento em relação à arquitetura Harvard.


Concluímos que a principal diferença entre as duas arquiteturas apresentadas aqui é que a arquitetura de Harvard separa o armazenamento e o trafego das instruções da CPU e dos dados em duas unidades distintas de memória, enquanto a Von Neumann utiliza o mesmo espaço de memória para ambos. Nos CPUs atuais, é mais comum encontrar a arquitetura Von Neunmann, por ser uma arquitetura mais simples, mas devido a necessidade de se alimentar o desempenho, algumas características  da arquitetura Harvard também são encontradas.

Evolução de Processadores da Intel 

•          O Intel 4004 foi o primeiro microprocessador a ser lançado, em 1971.  Sendo desenvolvido para o uso em calculadoras, essa CPU operava com o clock máximo de 740 KHz e podia calcular até 92 mil instruções por segundo, ou seja, cada instrução gastava cerca de 11 microssegundos.

Intel 8008

•          Com o sucesso do 4004, a Intel desenvolveu o processador 8008, em 1972. Esse era uma CPU de 8 bits, com barramento externo de 14 bits e capaz de endereçar 16 KB de memória. Seu clock trabalhava na frequência máxima de 0,8 MHz.

Intel 8080

•          Esse modelo foi substituído, em 1974, pelo Intel 8080, que apesar de ainda ser um processador de 8 bits, podia executar, com algumas limitações, operações de 16 bits. O 8080 foi desenvolvido, originalmente, para controlar mísseis guiados. Tinha clock limite de 2 MHz, um valor muito alto para a época, era capaz de realizar centenas de milhares de operações por segundo e de endereçar até 64 KB de memória.

•  O primeiro processador que aproveitou todo o seu potencial foi o Intel 8086, de 1978. Pela primeira vez, a velocidade do clock alcançava 5 MHz, utilizando instruções reais de 16 bits. O nome "x86" veio do fato de que o nome dos processadores que vieram depois do Intel 8086 também terminava em "86". Ainda no mesmo ano, foi lançado oIntel 8088, sucessor que possuía barramento externo de 8 bits, porém, com registradores de 16 bits e faixa de endereçamento de 1 MB, como no 8086. Esse foi o chip utilizado no IBM PC original.

Intel 8086

Intel 8088 

•          Nos anos seguintes, a Intel desenvolveu os modelos 80186 e 80188, criados para serem usados com sistemas embarcados.  Em 1982, a capacidade de processamento chegou ao patamar de 6 e 8 MHz, com o Intel 80286.

Intel 80286

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  Intel 80186

  
  

Intel 80188

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Intel 80386

•          As CPUs 80386 e 80486, lançadas entre o meio e o fim da década de 80, trabalhavam com clocks que iam de 33 MHz a 100 MHz, respectivamente. O80386 permitiu que vários programas utilizassem o processador de forma cooperativa, através do escalonamento de tarefas. Já o 80486 foi o primeiro a usar o mecanismo de pipeline, permitindo que mais de uma instrução fossem executadas ao mesmo tempo.

Intel 80486

•       Para o 80486, existiram diversas versões, sendo que cada uma delas possuía pequenas diferenças entre si. O 80486DX , por exemplo, era o top de linha da época e também a primeira CPU a ter coprocessador matemático. Já o486SX era uma versão de baixo custo do 486DX, porém, sem esse coprocessador, o que resultava em um desempenho menor. O 80486DX2 de 32bits possuía um clock de 50 MHz e 41 MPIS, e o Processador 486 DX2-66 tinha 1,2 milhões de transistores.

Pentium Pro

  A Era dos Pentium

•          Em 1995, a Intel lançava o Pentium Pro, sexta geração de chips x86 e que possuía uma série de melhoramentos em relação ao seu antecessor. Essa seria a base para os futuros lançamentos: Pentium II, Pentium III e Pentium M.

Pentium 4

•          Em 2002, a Intel lançou o Pentium 4, processador que podia alcançar clocks muito altos, chegando até a 3,8 GHz em condições especiais. Os últimos modelos dessa linha também incluíam a tecnologia Hyperthreading (HT), funcionalidade que fazia um processador físico trabalhar como se fossem duas CPUs lógicas.

•          Posteriormente, o Pentium 4 foi substituído pelo Pentium D, duas linhas de processadores dual-core de 64 bits. Mais tarde, foi lançado o Pentium Extreme Edition, que possuía desempenho um pouco melhor do que o Pentium D, além de tecnologias extras que o tornavam mais apto para tarefas pesadas. Esse modelo também fazia uso da tecnologia HT, podendo simular a existência de até quatro núcleos.

Pentium Extreme Edition

Pentium D

Linha Core

•  Em 2006, a Intel inicia a sua linha Core, para consumidores que precisam de mais poder de processamento. Faz parte dessa linha o modelo Core 2 Duo, que demonstra uma capacidade incrível se comparado com os dual-core anteriores da empresa. Na mesma época, foi lançada a versão Pentium Dual Core, que apesar de trazer uma boa relação custo-benefício, se mostra inferior ao Core 2 Duo.

Intel Core 2 Duo

•          Outro grande lançamento feito pela Intel foi o Core 2 Quad, processadores com quatro núcleos e que, apesar de demonstrarem alto desempenho, acabam perdendo em algumas tarefas para o Core 2 Duo. Uma versão posterior, nomeada Core 2 Extreme Quad Core, também foi lançada, proporcionando mais velocidade de clock, que pode chegar até 3,2 GHz.

Core 2 extreme quad-core

Core 2 quad

•          Intel Core i3  foi criado em 2009  destinado a Desktops x86-64 que aborda a utilização da microarquitetura Nehalem da Intel. O processador Core i3 é o processador de menor poder de processamento se comparado aos seus irmãos Core i7 e Core i5, da família Nehalem. O recurso Hyper-Threading estará ativado nesses modelos permitindo que o processador possa simular a existência de um maior número de nucleos, fazendo com que o desempenho do processador aumente significativamente.

•          Intel Core i5

A série Core i5 disponibiliza modelos de dois ou quatro núcleos, possuem até 8 MB de memória cache compartilhada (está dinamicamente alocado no núcleo de cada processador baseado em carga de trabalho, o que reduz significativamente a latência e melhora o desempenho), também utilizam o soquete LGA1156, controlador de memória DDR integrado, tecnologia Intel Hyper-Threading, Novas Instruções para Normas Avançadas de Criptografia (AES-NI) que adicionam aceleração do hardware aos algoritmos de AES e aumentam a velocidade da execução dos aplicativos de AES e tecnologia Turbo Boost (aumenta dinamicamente a freqüência do processador conforme a necessidade aproveitando o espaço térmico e de energia quando opera abaixo dos limites especificados).

A desvantagem novamente se diz respeito ao valor, os processadores mais fracos da linha i5 têm preços iniciais de R$ 485 e os mais potentes custam por volta de R$ 600,00.

•          Intel Core i7

Para os admiradores e profissionais que necessitam de alto desempenho em processamento, os modelos da linha Intel Core i7 são perfeitos. Todos contam com quatro ou seis núcleos, memória cache de 8 MB (nível L3), controlador de memória integrado, tecnologia Hyper-Threadin, Turbo Boost, Intel QPI ( QuickPath Interconnect - Interconexão de caminho rápido) e o HD Boost (responsável pela compatibilidade entre CPU e programas que usam os conjuntos de instruções SSE4).

A linha Intel Core i7 é uma das mais potentes do momento e um PC com este processador não necessitará de atualização por muito tempo. O investimento vale para quem realmente precisa de um computador potente. Para os usuários de jogos, o Core i7 talvez não seja uma boa opção devido ao valor muito alto em comparação aos benefícios.

Arquitetura de Microprocessadores

• MMX (MultiMedia Extensions)

v    MMX é uma tecnologia lançada pela Intel para os seus processadores Pentium MMX em 1997.

Esta tecnologia é capaz de efectuar processamentos de dados inteiros, registados em 64 bits. 

• Overclocking

Overclocking é o nome que se dá ao processo de forçar de um componente do computador. Apesar de haver diferentes razões pelas quais o overclock é realizado, a mais comum é para aumentar o desempenho do hardware. O overclocking pode resultar em superaquecimento do processador, instabilidade no sistema e às vezes pode danificar o hardware, se realizado de maneira imprópria.

• Hyper-Threading

Hyper-Threading ou hiperprocessamento é uma tecnologia usada em processadores que o faz simular dois processadores tornando o sistema mais rápido quando se usa vários programas ao mesmo tempo. É uma tecnologia desenvolvida pela Intel e foi primeiramente empregada no processador Pentium 4 de núcleo Northwood, de 32 bit.

• CISC

CISC ( Complex Instruction Set Computer): é uma linha de arquitetura de processadores capaz de executar centenas de instruções complexas diferentes sendo, assim, extremamente versátil. Exemplos de processadores CISC são os 386 e os 486 da Intel.

• RISC 

É  uma linha de arquitetura de processadores que favorece um conjunto simples e pequeno deinstruções que levam aproximadamente a mesma quantidade de tempo para serem executadas. Muitos dos microprocessadores modernos são RISCs, por exemplo DEC Alpha, SPARC, MIPS, e PowerPC. Os computadores atuais mixam as duas arquiteturas, criando o conceito de arquitetura híbrida, incorporando os conceitos das duas arquiteturas e a inclusão de um núcleo RISC aos seus processadores. O tipo de microprocessador mais comum em desktops, o x86, é mais semelhante ao CISC do que ao RISC, embora chips mais novos traduzam instruções x86 baseadas em arquitetura CISC em formas baseadas em arquitetura RISC mais simples, utilizando prioridade de execução.

• Cisc vs Risc

Todos os processadores dispõem de instruções de salto “de ida e volta”, normalmente designados de instruções de chamada de sub-rotinas: nestas, para além de se alterar o conteúdo do registro PC como qualquer instrução de salto, primeiro guarda-se o endereço de instrução que segue a instrução de salto ( e que se encontra no PC); nas arquiteturas CISC este valor é normalmente guardado na stack; nas arquiteturas RISC esse valor é normalmente guardado num registro.