Hardware AvançadoHardware Avançado

Laércio VasconcelosLaércio VasconcelosRio Branco, mar/2007Rio Branco, mar/2007www.laercio.com.brwww.laercio.com.br

Avanços recentes emAvanços recentes em

ProcessadoresProcessadores ChipsetsChipsets MemóriasMemórias Discos rígidosDiscos rígidos

MicroeletrônicaMicroeletrônica Um processador moderno é formado por Um processador moderno é formado por

mais de 100 milhões de microscópicos mais de 100 milhões de microscópicos transistores.transistores.

Exemplo: Pentium 4 de 3.0 GHzExemplo: Pentium 4 de 3.0 GHz125 milhões de transistores com 0,09 125 milhões de transistores com 0,09 micronmicron

1 micron = 0,001 mm1 micron = 0,001 mm

O trabalho dos transistoresO trabalho dos transistores

Os transistores formam os circuitos Os transistores formam os circuitos eletrônicos que realizam as operações eletrônicos que realizam as operações lógicas e aritméticas, armazenamento e lógicas e aritméticas, armazenamento e transporte de dados transporte de dados

(ELETRÔNICA DIGITAL)(ELETRÔNICA DIGITAL)

Corte transversal de um transistorCorte transversal de um transistor

Atualmente (2006) a Intel usa tecnologia de fabricação com 0,065 micron, a AMD faz seus processadores com transistores de 0,09 micron.

Interior de um processadorInterior de um processadorO Pentium 4 (Prescott):

125 milhões de transistores.

WafferWaffer

Waffer maior = custo menorWaffer maior = custo menorDiâmetro do Waffer

3,75 cm (1968)

5 cm

7,5 cm

10 cm

12,5 cm

15 cm

20 cm

30 cm (2003)

Uma fábrica de chipsUma fábrica de chips4 andares: filtros de ar

1 andar = SALA LIMPA

2 andares = tubulações e fiação

Evolução dos processadores Evolução dos processadores (1971-2000)(1971-2000)

Pentium 4 Pentium 4 Pentium 4 Willamette:Pentium 4 Willamette:

0,18 micron, 42.000 transistores0,18 micron, 42.000 transistores1.4 GHz a 2.0 GHz, cache L2 = 256 kB1.4 GHz a 2.0 GHz, cache L2 = 256 kB

Pentium 4 NorthwoodPentium 4 Northwood0,13 micron, 75.000.000 transistores0,13 micron, 75.000.000 transistores1.6 GHz a 2.8 GHz, cache L2 = 512 kB1.6 GHz a 2.8 GHz, cache L2 = 512 kB

Pentium 4 HT (Hyper-Threading) Northwood:Pentium 4 HT (Hyper-Threading) Northwood:0,13 micron, 80.000.000 transistores0,13 micron, 80.000.000 transistores2.4 GHz a 3.2 GHz, cache L2 = 512 kB2.4 GHz a 3.2 GHz, cache L2 = 512 kB

Pentium 4 HT Prescott:Pentium 4 HT Prescott:0,09 micron, 125.000.000 transistores0,09 micron, 125.000.000 transistores2.4 GHz a 3.8 GHz, cache L2 = 1 MB ou 2 MB2.4 GHz a 3.8 GHz, cache L2 = 1 MB ou 2 MB

Processador Pentium 4 – Socket 478Processador Pentium 4 – Socket 478

Processador Pentium 4 – Socket 775Processador Pentium 4 – Socket 775

Processador Pentium 4 – Socket 775Processador Pentium 4 – Socket 775

Socket 775Socket 775

Inédito: Novo processador, velho soqueteInédito: Novo processador, velho soquete

Soquete do 386 diferente do soquete do 286 Soquete do 486 diferente do soquete do 386 Soquete do Pentium diferente do soquete do 486 Soquete do Pentium II diferente do soquete do Pentium Soquete do Pentium III = Soquete do Pentium II Soquete do Pentium 4 diferente do soquete do Pentium III

Mas o soquete do sucessor do Pentium 4 (Intel Core 2 Duo) é o mesmo do Pentium 4 (Soquete 775) !!!

Primeiro Pentium 4 (2000): Socket 423Primeiro Pentium 4 (2000): Socket 423

Pentium 4 “definitivo”: Socket 478 (2001-Pentium 4 “definitivo”: Socket 478 (2001-2005)2005)

Final da era do Pentium 4: Socket 775Final da era do Pentium 4: Socket 775

Interior Igual ao do Pentium 4

Exterior diferente, igual ao do sucessor do Pentium 4.

Conseqüência importante: Placas de Pentium 4 com o novo soquete poderiam suportar o novo processador (Core 2 Duo)

Processador Athlon XPProcessador Athlon XP

Athlon

Duron

Athlon XP

Sempron

Socket A ou Socket 462

(2000-2005)

Athlon 64 = Athlon XP + instruções Athlon 64 = Athlon XP + instruções de 64 bitsde 64 bits

100 milhões de transistores100 milhões de transistoresTecnologia: 0,13 micronTecnologia: 0,13 micron

64 bits64 bits

Executa programas de 32 bits Executa programas de 32 bits normalmente. É um Athlon XP com 32 bits normalmente. É um Athlon XP com 32 bits adicionais.adicionais.

Athlon 64Athlon 64

Caches L1 e L2Caches L1 e L2

Cache L2:

Pentium 4 = 512 kB, 1 MB, 2 MBAthlon XP = 256 kB, 512 kB

Athlon 64: 512 kB, 1M, 2M

Cache L1:

Pentium 4: 8 kB + 12k micro-opsAthlon XP: 128 kB

Exemplo: Core 2 DuoExemplo: Core 2 DuoCache L2:

2 MB ou 4 MB

Exemplo: Athlon 64 X2Exemplo: Athlon 64 X2Cache L2:

2 x 512 kB ou

2 x 1 MB

Duron, Sempron e CeleronDuron, Sempron e Celeron

Versões simplificadas do Athlon e do Versões simplificadas do Athlon e do Pentium 4Pentium 4

Diferença principal: Cache L2 Menor:Diferença principal: Cache L2 Menor:

Duron: 64 kB (Athlon XP = 256 kB)Duron: 64 kB (Athlon XP = 256 kB)Sempron: 256 kB e clock menorSempron: 256 kB e clock menorCeleron: 128 kB (Pentium 4 = 512 kB)Celeron: 128 kB (Pentium 4 = 512 kB)

Próximas geraçõesPróximas gerações2003: 90 nm

2005: 65 nm

2007: 45 nm

2009: 30 nm – 15 a 20 GHz

2011: 22 nm

2013: 16 nm

Já existem transistores de 15 nmJá existem transistores de 15 nm

Intel Developer Forum, fev/2003

Hyper-Threading TechnologyHyper-Threading Technology

O Pentium 4 HT opera como se fossem O Pentium 4 HT opera como se fossem dois processadores Pentium 4 dentro de dois processadores Pentium 4 dentro de um só chip.um só chip.

2.40C; 2.60C; 2.80C2.40C; 2.60C; 2.80C3.0; 3.06; 3.2 GHz3.0; 3.06; 3.2 GHz

Pentium Extreme EditionPentium Extreme Edition(DUAL + HT)(DUAL + HT)

Como funciona o HTComo funciona o HT

Recebe dois fluxos de instruções (Threads) e os identifica. As instruções dos dois fluxos são sempre independentes e podem ser executadas em paralelo. Aumenta o grau de paralelismo sem adicionar complexidade ao processador.

HT no Gerenciador de tarefasNo Windows 2000, 2003 e XP, ao pressionarmos Control-Alt-Del é apresentado o Gerenciador de Tarefas. Clicando em Desempenho vemos um gráfico de utilização do processador ao longo do tempo. Quando o processador está muito ocupado, executando muitos programas ao mesmo tempo, o gráfico se aproxima de 100%. Em períodos de ociosidade, o gráfico fica abaixo de 10%.

HT no Gerenciador de tarefasQuando usamos o Gerenciador de tarefas em um computador com um processador Pentium 4 HT, são mostrados dois gráficos de desempenho. Isto mostra que o sistema “enxerga” este processador como sendo dois processadores independentes.

FSB: Front Side BusFSB: Front Side Bus

Clock interno: velocidade de execução de Clock interno: velocidade de execução de instruçõesinstruções

Clock externo: velocidade de acesso ao Clock externo: velocidade de acesso ao exterior do processador (ex: memória)exterior do processador (ex: memória)- também chamado de FSB ou System - também chamado de FSB ou System BusBus

FSB: Front Side BusFSB: Front Side Bus

FSB na verdade liga processador – FSB na verdade liga processador – chipset - memóriachipset - memória

Ex: Pentium 4 2.40CEx: Pentium 4 2.40C

FSB do Pentium 4 e Athlon XPFSB do Pentium 4 e Athlon XP

Athlon XP: 266 MHzAthlon XP: 266 MHz Athlon XP: 333 MHzAthlon XP: 333 MHz Athlon XP: 400 MHzAthlon XP: 400 MHz Athlon 64: 400 MHzAthlon 64: 400 MHz

Pentium 4: 400 MHzPentium 4: 400 MHz Pentium 4: 533 MHzPentium 4: 533 MHz Pentium 4: 800 MHzPentium 4: 800 MHz Pentium Extreme Edition: 1066 MHzPentium Extreme Edition: 1066 MHz

AquecimentoAquecimento Em 1995 os processadores dissipavam Em 1995 os processadores dissipavam

entre 10 e 20 wattsentre 10 e 20 watts

Em 1999, cerca de 30 wattsEm 1999, cerca de 30 watts

Em 2003, de 50 a 70 watts!!!Em 2003, de 50 a 70 watts!!!

Atualmente: 60 a 130 watts !!!!!!!!!!!!!!!!Atualmente: 60 a 130 watts !!!!!!!!!!!!!!!!

É preciso usar coolers maiores!É preciso usar coolers maiores!

Consumo de energia em umConsumo de energia em umPC modernoPC moderno

Processador: 60-130 wattsProcessador: 60-130 watts Chipset: 10 – 20 wattsChipset: 10 – 20 watts Gravador de CDs: 20-30 wattsGravador de CDs: 20-30 watts Placa 3D: 30 – 100 wattsPlaca 3D: 30 – 100 watts Disco rígido: 10-15 wattsDisco rígido: 10-15 watts

Mais consumo = mais aquecimentoMais consumo = mais aquecimento

Para evitar o aquecimentoPara evitar o aquecimento

Usar gabinete maior (midi torre)Usar gabinete maior (midi torre) Gabinete com duto lateralGabinete com duto lateral Usar ventilador adicional no gabineteUsar ventilador adicional no gabinete Organizar cabos flatOrganizar cabos flat Espaçar os componentes quentesEspaçar os componentes quentes

Duto lateralDuto lateral

ChipsetChipset

ChipsetChipset Ponte Norte:Ponte Norte:

Controla o tráfego de dados entre o Controla o tráfego de dados entre o processador, a memória e o slot da placa de processador, a memória e o slot da placa de vídeo (AGP ou PCI Express x16). O vídeo vídeo (AGP ou PCI Express x16). O vídeo onboard, quando presente, está na porte norteonboard, quando presente, está na porte norte

Ponte Sul:Ponte Sul:Controla o barramento PCI. Nele ficam também Controla o barramento PCI. Nele ficam também as interfaces USB e IDE. Também inclui som as interfaces USB e IDE. Também inclui som onboard, modem onboard e rede onboard.onboard, modem onboard e rede onboard.

Diagrama de uma placa de Diagrama de uma placa de CPUCPU

Principais fabricantes de Principais fabricantes de chipsetschipsets

IntelIntel VIAVIA NvidiaNvidia ATIATI

SiSSiS

SDRAM e DDRSDRAM e DDR

SDRAM e DDRSDRAM e DDR

SDRAM usa DIMM/168SDRAM usa DIMM/168 DDR usa DIMM/184DDR usa DIMM/184

SDRAM opera com 66, 100 e 133 MHzSDRAM opera com 66, 100 e 133 MHz DDR opera com 200, 266, 333 e 400 MHzDDR opera com 200, 266, 333 e 400 MHz

Tipos de DDRTipos de DDR

DDR200 ou PC1600DDR200 ou PC1600 DDR266 ou PC2100DDR266 ou PC2100 DDR333 ou PC2700DDR333 ou PC2700 DDR400 ou PC3200DDR400 ou PC3200

Cada módulo tem uma etiqueta que indica Cada módulo tem uma etiqueta que indica a capacidade e a velocidadea capacidade e a velocidade

Confusão no clock da DDRConfusão no clock da DDR

DDR = Double Data Rate, ouDDR = Double Data Rate, ouTaxa de dados duplaTaxa de dados dupla. .

Em cada ciclo, a DDR acessa dois dados, Em cada ciclo, a DDR acessa dois dados, ao invés de um.ao invés de um.

DDR200 opera com 100 MHz x2DDR200 opera com 100 MHz x2 DDR266 opera com 133 MHz x2DDR266 opera com 133 MHz x2 DDR333 opera com 166 MHz x2DDR333 opera com 166 MHz x2 DDR400 opera com 200 MHz x2DDR400 opera com 200 MHz x2

Memória “single channel”Memória “single channel”

Memória “dual channel”Memória “dual channel”

Placa com Placa com duplo canalduplo canal

Memória “dual channel”Memória “dual channel”

Memória “dual channel”Memória “dual channel”

Duplo canalDuplo canal Encontrado nas modernas placas para Encontrado nas modernas placas para

processadores Pentium 4 / Athlon 64 (Soq processadores Pentium 4 / Athlon 64 (Soq 939/AM2)939/AM2)

Chipsets Intel 865, 875 e superioresChipsets Intel 865, 875 e superiores Novos chipsets para Pentium 4 também Novos chipsets para Pentium 4 também

ofereceu duplo canal. ofereceu duplo canal.

Recomendável para quem precisa de Recomendável para quem precisa de velocidades elevadas (acima de 2 GHz).velocidades elevadas (acima de 2 GHz).

Idéia básica do duplo canalIdéia básica do duplo canal

Pentium 4 com FSB de 800 MHz precisa Pentium 4 com FSB de 800 MHz precisa de memória com 64 bits e 800 MHzde memória com 64 bits e 800 MHz

Memória mais veloz: DDR400 = 64 bits, Memória mais veloz: DDR400 = 64 bits, 400 MHz400 MHz

Duas DDR400 juntas formam 128 bits a Duas DDR400 juntas formam 128 bits a 400 MHz = 64 bits a 800 MHz400 MHz = 64 bits a 800 MHz

Athlon 64: Socket 754 x Socket 939Athlon 64: Socket 754 x Socket 939Você encontrará processadores Athlon 64 com dois tipos de soquetes:Socket 754 e Socket 939. Uma das principais diferenças é que os modelos de 754 pinos operam com memórias de 64 bits, enquanto os de 939 pinos operam com memórias de 128 bits.

Socket 754 Socket 939

Athlon 64 Athlon 64 com com

Socket Socket 754754

Athlon 64 Athlon 64 com com

Socket Socket 939939

Athlon 64 Athlon 64 com com

Socket Socket 754754

Athlon Athlon 64 com 64 com Socket Socket

939939

Memórias nos próximos anosMemórias nos próximos anos

Utilizarão Duplo canal.Utilizarão Duplo canal.

Placas de baixo custo poderão continuar Placas de baixo custo poderão continuar com canal simples, mas existem modelos com canal simples, mas existem modelos baratos com dual channel também.baratos com dual channel também.

Utilizarão memórias DDR2 e DDR3.Utilizarão memórias DDR2 e DDR3.

Memórias DDR (Double Data Rate)Memórias DDR (Double Data Rate)

DDR vai até 400 (200 MHz x 2)DDR vai até 400 (200 MHz x 2)

DDR2:DDR2:DDR2/400DDR2/400DDR2/533DDR2/533DDR2/667DDR2/667DDR2/800DDR2/800

Discos rígidos Serial ATADiscos rígidos Serial ATA

Cabos SATACabos SATA

Conectores e cabos SATAConectores e cabos SATA

Velocidades do SATAVelocidades do SATA

Geração I: 150 MB/sGeração I: 150 MB/s Geração II: 300 MB/s (2004)Geração II: 300 MB/s (2004) Geração III: 600 MB/s (2007)Geração III: 600 MB/s (2007)

Substituirá aos poucos o Parallel ATASubstituirá aos poucos o Parallel ATA

Vantagens do SATAVantagens do SATA

Taxa de transferência maior (150 MB/s, Taxa de transferência maior (150 MB/s, contra 133 MB/s do IDE comum (PATA))contra 133 MB/s do IDE comum (PATA))

Native Command Queuing (NCQ), um Native Command Queuing (NCQ), um recurso antes disponível somente nos recurso antes disponível somente nos discos SCSIdiscos SCSI