Características do processador de computador

Aqui estão as características importantes dos processadores:

A principal característica que define um processador é o seu fabricante, AMD ou Intel, e o seu modelo. Embora modelos concorrentes das duas empresas possuam recursos e desempenho semelhantes, você não pode instalar um processador AMD em uma placa-mãe compatível com Intel ou vice-versa.

Outra característica que define um processador é o soquete para o qual ele foi projetado. Se você estiver substituindo o processador em uma placa-mãe Soquete 478, por exemplo, deve escolher um processador de substituição projetado para encaixar nesse soquete. A Tabela 5-1 descreve os problemas de capacidade de atualização por soquete do processador.

Tabela 5-1: Capacidade de atualização por tipo de soquete do processador

A velocidade de clock de um processador, especificada em megahertz (MHz) ou gigahertz (GHz), determina o seu desempenho, mas as velocidades de clock não têm significado entre diferentes linhas de processadores. Por exemplo, um Pentium 4 com núcleo Prescott de 3,2 GHz é cerca de 6,7 % mais rápido do que um Pentium 4 com núcleo Prescott de 3,0 GHz, como as velocidades de clock relativas sugeririam. No entanto, um processador Celeron de 3,0 GHz é mais lento do que um Pentium 4 de 2,8 GHz, principalmente porque o Celeron tem um cache L2 menor e usa uma velocidade de barramento host mais lenta. Da mesma forma, quando o Pentium 4 foi introduzido a 1,3 GHz, o seu desempenho era, na verdade, inferior ao do processador Pentium III de 1 GHz que pretendia substituir. Isso ocorreu porque a arquitetura do Pentium 4 é menos eficiente, clock a clock, do que a arquitetura anterior do Pentium III.

A velocidade de clock é inútil para comparar processadores AMD e Intel. Os processadores AMD operam a velocidades de clock muito mais baixas do que os processadores Intel, mas realizam cerca de 50 % mais trabalho por pulso de clock. Em termos gerais, um AMD Athlon 64 rodando a 2,0 GHz tem praticamente o mesmo desempenho geral que um Intel Pentium 4 rodando a 3,0 GHz.

'''NÚMEROS DE MODELO VERSUS VELOCIDADES DE CLOCK'''

Como a AMD está sempre em desvantagem de velocidade de clock em relação à Intel, a AMD usa números de modelo, em vez de velocidades de clock, para designar os seus processadores. Por exemplo, um processador AMD Athlon 64 que opera a 2,0 GHz pode ter o número de modelo 3000+, o que indica que o processador tem aproximadamente o mesmo desempenho de um modelo Intel de 3,0 GHz. (A AMD nega veementemente que os seus números de modelo tenham a intenção de serem comparados com as velocidades de clock da Intel, mas observadores bem informados ignoram essas negações.)

A Intel usava anteriormente designações por letras para diferenciar processadores operando na mesma velocidade, mas com uma velocidade de barramento host, núcleo ou outras características diferentes. Por exemplo, os processadores Pentium 4 com núcleo Northwood de 2,8 GHz foram fabricados em três variantes: o Pentium 4/2.8 usava um FSB de 400 MHz, o Pentium 4/2.8B, um FSB de 533 MHz, e o Pentium 4/2.8C, um FSB de 800 MHz. Quando a Intel introduziu um Pentium 4 de 2,8 GHz baseado no seu novo núcleo Prescott, designou-o como Pentium 4/2.8E.

Curiosamente, a Intel também abandonou a velocidade de clock como designador. Com exceção de alguns modelos mais antigos, todos os processadores Intel são agora designados também por números de modelo. Ao contrário da AMD, cujos números de modelo retêm um vestígio de dica sobre a velocidade de clock, os números de modelo da Intel são completamente dissociados das velocidades de clock. Por exemplo, o Pentium 4 540 designa um modelo de processador específico que, por acaso, opera a 3,2 GHz. Os modelos desse processador que operam a 3,4, 3,6 e 3,8 GHz são designados, respectivamente, como 550, 560 e 570.

A velocidade de barramento host, também chamada de velocidade de barramento frontal (FSB), ou simplesmente FSB, especifica a taxa de transferência de dados entre o processador e o chipset. Uma velocidade de barramento host mais rápida contribui para um maior desempenho do processador, mesmo para processadores que operam na mesma velocidade de clock. A AMD e a Intel implementam o caminho entre a memória e o cache de formas diferentes, mas, essencialmente, o FSB é um número que reflete a quantidade máxima possível de transferências de blocos de dados por segundo. Dada uma taxa de clock real de barramento host de 100 MHz, se os dados puderem ser transferidos quatro vezes por ciclo de clock (portanto, "quad-pumped"), a velocidade efetiva do FSB é de 400 MHz.

Por exemplo, a Intel produziu processadores Pentium 4 que usam velocidades de barramento host de 400, 533, 800 ou 1066 MHz. Um Pentium 4 de 2,8 GHz com uma velocidade de barramento host de 800 MHz é marginalmente mais rápido do que um Pentium 4/2.8 com uma velocidade de barramento host de 533 MHz, que por sua vez é marginalmente mais rápido do que um Pentium 4/2.8 com uma velocidade de barramento host de 400 MHz. Uma medida que a Intel usa para diferenciar os seus processadores Celeron de preço mais baixo é uma velocidade de barramento host reduzida em relação aos modelos Pentium 4 atuais. Os modelos Celeron usam velocidades de barramento host de 400 MHz e 533 MHz.

Todos os processadores AMD Soquete 754 e Soquete 939 usam uma velocidade de barramento host de 800 MHz. (Na verdade, assim como a Intel, a AMD opera o barramento host a 200 MHz, mas faz o "quad-pumped" para um valor efetivo de 800 MHz.) Os processadores Sempron Soquete A usam um barramento host de 166 MHz, com "double-pumped" para uma velocidade efetiva de barramento host de 333 MHz.

Os processadores usam dois tipos de memória cache para melhorar o desempenho ao fazer o buffering das transferências entre o processador e a memória principal, que é relativamente lenta. O tamanho do cache de camada 1 (cache L1), também chamado de cache de Nível 1, é um recurso da arquitetura do processador que não pode ser alterado sem reprojetar o processador. O cache de camada 2 (cache de Nível 2 ou cache L2), no entanto, é externo ao núcleo do processador, o que significa que os fabricantes de processadores podem produzir o mesmo processador com diferentes tamanhos de cache L2. Por exemplo, vários modelos de processadores Pentium 4 estão disponíveis com 512 KB, 1 MB ou 2 MB de cache L2, e vários modelos AMD Sempron estão disponíveis com 128 KB, 256 KB ou 512 KB de cache L2.

Para algumas aplicações, particularmente aquelas que operam com pequenos conjuntos de dados, um cache L2 maior aumenta notavelmente o desempenho do processador, especialmente para modelos Intel. (Os processadores AMD possuem um controlador de memória integrado, que em certa medida mascara os benefícios de um cache L2 maior.) Para aplicações que operam com grandes conjuntos de dados, um cache L2 maior oferece apenas um benefício marginal.

'''Prescott, a triste exceção'''

Foi um choque para todos, inclusive para a Intel, saber que, ao migrar os seus processadores Pentium 4 do antigo núcleo Northwood de 130 nm para o mais novo núcleo Prescott de 90 nm, o consumo de energia e a produção de calor dispararam. Isso ocorreu porque o Prescott não foi uma simples redução de matriz (die shrink) do Northwood. Em vez disso, a Intel reprojetou completamente o núcleo Northwood, adicionando recursos como SSE3 e fazendo grandes mudanças na arquitetura básica. (Na época, pensávamos que essas mudanças eram suficientes para justificar a nomeação do processador com núcleo Prescott como Pentium 5, o que a Intel não fez.) Infelizmente, essas mudanças dramáticas na arquitetura resultaram em aumentos igualmente dramáticos no consumo de energia e na produção de calor, superando o benefício esperado com a redução do tamanho do processo.

O tamanho do processo, também chamado de tamanho de fabricação (fab size), é especificado em nanômetros (nm) e define o tamanho dos menores elementos individuais em uma matriz de processador. A AMD e a Intel tentam continuamente reduzir o tamanho do processo (chamado de redução de matriz) para obter mais processadores de cada lâmina de silício, reduzindo assim os seus custos de produção para cada processador. Os processadores Pentium II e os primeiros modelos Athlon usavam um processo de 350 ou 250 nm. O Pentium III e alguns processadores Athlon usavam um processo de 180 nm. Processadores AMD e Intel recentes usam um processo de 130 ou 90 nm, e os próximos processadores usarão um processo de 65 nm.

O tamanho do processo é importante porque, mantendo-se todas as outras condições iguais, um processador que usa um tamanho de processo menor pode rodar mais rápido, usar uma tensão mais baixa, consumir menos energia e produzir menos calor. Os processadores disponíveis em um determinado momento frequentemente usam tamanhos de fabricação diferentes. Por exemplo, em uma época, a Intel vendeu processadores Pentium 4 que usavam os tamanhos de processo de 180, 130 e 90 nm, e a AMD vendeu simultaneamente processadores Athlon que usavam os tamanhos de fab de 250, 180 e 130 nm. Ao escolher um processador para atualização, dê preferência a um processador com um tamanho de fabricação menor.

Diferentes modelos de processadores suportam diferentes conjuntos de recursos, alguns dos quais podem ser importantes para você e outros de nenhuma preocupação. Aqui estão cinco recursos potencialmente importantes que estão disponíveis em alguns, mas não em todos, os processadores atuais. Todos esses recursos são suportados por versões recentes do Windows e Linux:

O SSE3 (Streaming Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Extensions 3), desenvolvido pela Intel e agora disponível na maioria dos processadores Intel e em alguns processadores AMD, é um conjunto de instruções estendido projetado para acelerar o processamento de certos tipos de dados comumente encontrados em processamento de vídeo e outras aplicações multimídia. Uma aplicação que suporta SSE3 pode rodar de 10 % ou 15 % a 100 % mais rápido em um processador que também suporta SSE3 do que em um que não suporta.

Até recentemente, todos os processadores de PC operavam com caminhos de dados internos de 32 bits. Em 2004, a AMD introduziu o suporte a 64 bits com os seus processadores Athlon 64. Oficialmente, a AMD chama esse recurso de x86-64, mas a maioria das pessoas o chama de AMD64. Crucialmente, os processadores AMD64 são compatíveis com softwares de 32 bits e executam esses softwares com a mesma eficiência que executam softwares de 64 bits. A Intel, que defendia a sua própria arquitetura de 64 bits, que tinha apenas compatibilidade limitada com 32 bits, foi forçada a introduzir a sua própria versão de x86-64, que chama de EM64T (Extended Memory 64-bit Technology). Por enquanto, o suporte a 64 bits não é importante para a maioria das pessoas. A Microsoft oferece uma versão de 64 bits do Windows XP, e a maioria das distribuições Linux suporta processadores de 64 bits, mas até que as aplicações de 64 bits se tornem mais comuns, há pouco benefício no mundo real em rodar um processador de 64 bits em um computador desktop. Isso pode mudar quando a Microsoft (finalmente) lançar o Windows Vista, que aproveitará o suporte a 64 bits e provavelmente dará origem a muitas aplicações de 64 bits.

Com o Athlon 64, a AMD introduziu a tecnologia NX (No eXecute), e a Intel logo a seguiu com a sua tecnologia XDB (eXecute Disable Bit). NX e XDB servem ao mesmo propósito, permitindo que o processador determine quais intervalos de endereço de memória são executáveis e quais não são executáveis. Se um código, como um exploit de buffer-over-run, tentar rodar em um espaço de memória não executável, o processador retorna um erro ao sistema operacional. NX e XDB têm um grande potencial para reduzir os danos causados por vírus, worms, Trojans e exploits semelhantes, mas exigem um sistema operacional que suporte execução protegida, como o Windows XP com Service Pack 2.

A AMD e a Intel oferecem tecnologia de redução de energia em alguns dos seus modelos de processadores. Em ambos os casos, a tecnologia usada em processadores móveis foi migrada para processadores desktop, cujo consumo de energia e produção de calor se tornaram problemáticos. Essencialmente, essas tecnologias funcionam reduzindo a velocidade do processador (e, consequentemente, o consumo de energia e a produção de calor) quando o processador está ocioso ou com pouca carga. A Intel refere-se à sua tecnologia de redução de energia como EIST (Enhanced Intel Speedstep Technology). A versão da AMD é chamada de Cool'n'Quiet. Qualquer uma delas pode fazer reduções pequenas, porém úteis, no consumo de energia, na produção de calor e no nível de ruído do sistema.

Em 2005, a AMD e a Intel estavam ambas atingindo os limites práticos do que era possível com um único núcleo de processador. A solução óbvia era colocar dois núcleos de processador em um único pacote de processador. Novamente, a AMD liderou o caminho com a sua elegante série de processadores Athlon 64 X2, que apresentam dois núcleos Athlon 64 fortemente integrados em um único chip. Mais uma vez forçada a correr atrás, a Intel cerrou os dentes e improvisou um processador dual core que chama de Pentium D. A solução projetada pela AMD tem vários benefícios, incluindo alto desempenho e compatibilidade com quase qualquer placa-mãe Soquete 939 antiga. A solução improvisada da Intel, que basicamente resumia-se a colocar dois núcleos Pentium 4 em um único chip sem integrá-los, resultou em dois compromissos. Primeiro, os processadores dual core da Intel não são retrocompatíveis com placas-mãe anteriores e, portanto, exigem um novo chipset e uma nova série de placas-mãe. Segundo, como a Intel simplesmente colou dois dos seus núcleos existentes em um pacote de processador, o consumo de energia e a produção de calor são extremamente altos, o que significa que a Intel teve que reduzir a velocidade de clock dos processadores Pentium D em relação aos modelos Pentium 4 de núcleo único mais rápidos.

Posto isto, o Athlon 64 X2 não é de forma alguma um vencedor absoluto, porque a Intel foi inteligente o suficiente para precificar o Pentium D de forma atraente. Os processadores Athlon X2 menos caros são vendidos por mais do dobro do preço dos processadores Pentium D menos caros. Embora os preços caiam sem dúvida, não esperamos que o diferencial de preço mude muito. A Intel tem capacidade de produção de sobra, enquanto a AMD é bastante limitada na sua capacidade de fabricar processadores, por isso é provável que os processadores dual core da AMD tenham um preço premium no futuro próximo. Infelizmente, isso significa que os processadores dual core não são uma opção de atualização razoável para a maioria das pessoas. Os processadores dual core da Intel têm preços razoáveis, mas exigem a substituição da placa-mãe. Os processadores dual core da AMD podem usar uma placa-mãe Soquete 939 existente, mas os processadores em si são caros demais para serem candidatos viáveis para a maioria das pessoas que buscam atualização.

'''HYPER-THREADING VERSUS DUAL CORE'''

Alguns processadores Intel suportam a ''Hyper-Threading Technology (HTT)'', que permite que esses processadores executem duas threads de programa simultaneamente. Programas projetados para usar HTT podem rodar de 10 % a 30 % mais rápido em um processador habilitado para HTT do que em um modelo similar sem HTT. (Também é verdade que alguns programas rodam mais lentamente com o HTT habilitado do que com ele desabilitado.) Não confunda HTT com dual core. Um processador HTT tem um núcleo que às vezes pode rodar múltiplas threads; um processador dual core tem dois núcleos, que podem sempre rodar múltiplas threads.

O núcleo do processador define a arquitetura básica do processador. Um processador vendido sob um determinado nome pode usar qualquer um dos vários núcleos. Por exemplo, os primeiros processadores Intel Pentium 4 usavam o núcleo Willamette. Variantes posteriores do Pentium 4 usaram o núcleo Northwood, núcleo Prescott, núcleo Gallatin, núcleo Prestonia e o núcleo Prescott 2M. Da mesma forma, vários modelos Athlon 64 foram produzidos usando o núcleo Clawhammer, núcleo Sledgehammer, núcleo Newcastle, núcleo Winchester, núcleo Venice, núcleo San Diego, núcleo Manchester e o núcleo Toledo.

Usar um nome de núcleo é uma forma conveniente de abreviação para especificar brevemente inúmeras características do processador. Por exemplo, o núcleo Clawhammer usa o processo de 130 nm, um cache L2 de 1.024 KB e suporta os recursos NX e X86-64, mas não o SSE3 ou a operação dual core. Por outro lado, o núcleo Manchester usa o processo de 90 nm, um cache L2 de 512 KB e suporta os recursos SSE3, X86-64, NX e dual core.

Você pode pensar no nome do núcleo do processador como algo semelhante a um número de versão principal de um programa de software. Assim como as empresas de software lançam frequentemente pequenas atualizações sem alterar o número da versão principal, a AMD e a Intel frequentemente fazem pequenas atualizações nos seus núcleos sem alterar o nome do núcleo. Essas pequenas mudanças são chamadas de steppings de núcleo. É importante entender o básico dos nomes dos núcleos, porque o núcleo que um processador usa pode determinar a sua retrocompatibilidade com a sua placa-mãe. Os steppings são geralmente menos significativos, embora também valha a pena prestar atenção neles. Por exemplo, um determinado núcleo pode estar disponível nos steppings B2 e C0. O stepping C0 mais recente pode ter correções de erros, operar mais frio ou oferecer outros benefícios em relação ao stepping anterior. O stepping do núcleo também é crítico se você instalar um segundo processador em uma placa-mãe com processador duplo. (Ou seja, uma placa-mãe com dois soquetes de processador, em oposição a um processador dual core em uma placa-mãe de soquete único.) Nunca, jamais misture núcleos ou steppings em uma placa-mãe com processador duplo; isso pode levar à loucura (ou talvez apenas a um desastre).

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