Quiz: Tire suas dúvidas

1- Num processador, qual é a função do coprocessador aritmético? Em quais aplicativos ele é importante?

Num processador atual, o coprocessador aritmético cuida de todas as instruções que manipulam dados de precisão ou funções aritméticas complexas. Este tipo de cálculo é usado intensivamente em todos os jogos 3D, vários programas gráficos e aplicativos
científicos. Na época do 386 muitos destes programas vinham com funções para simular um coprocessador aritmético, caso não houvesse nenhum instalado, estas funções usavam várias instruções de inteiros para conseguir o resultado de apenas uma instrução de
ponto flutuante. O aplicativo rodava, só que umas 20 vezes mais devagar.

2- Qual é a diferença entre o cache L1 e o cache L2? Por que existe esta separação?

Por limitações no número de transístores que é possível colocar dentro de um processador. Apesar de ajudar muito na performance, o cache L1 ocupa muito espaço, são necessários vários transístores para cada bit de dados. Se fosse adicionada uma
quantidade muito grande, o processador se tornaria muito grande, difícil e caro de se produzir. Por ser mais lento, o cache L2 tem uma densidade maior, ou seja, são necessários menos transístores para cada bit de dados. É por isso que mesmo hoje em dia,
onde a maioria dos processadores trazem tanto cache L1 quanto cache L2 integrados, o cache L2 é sempre mais lento, e por isso existe em maior quantidade. Um Athlon Thunderbird por exemplo, tem de esperar 9 ciclos cada vez que for acessar o cache L2,
contra apenas 3 ciclos quando acessa o cache L1. Se precisar acessar a memória RAM a coisa desanda, são precisos 40, 60 ciclos, dependendo da freqüência do processador.

Além dos caches, o processador também conta com os registradores, que são pequenas áreas de memória que armazenam dados que estão sendo processados. Tudo funciona de modo que enquanto espera os 3 ciclos para acessar o cache L1, o Athlon possa manter-se
ocupado processando dados que estão armazenados nos registradores. Ele perde um tempo considerável apenas quando precisa acessar a memória RAM.

3- Por que um 486 é mais lento do que um Pentium do mesmo clock. Cite pelo menos dois motivos.

Em primeiro lugar, o 486 processa apenas uma instrução por ciclo, de forma seqüencial, enquanto o Pentium processa duas. O Pentium tem mais cache L1, o barramento com o cache é mais largo, o acesso à memória RAM é feito a 64 bits, contra 32 bits no
486, no Pentium a memória RAM, junto com o cache L2 da placa mãe operam a 60 ou 66 MHz, dependendo da versão, enquanto no 486 operam a 25, 30, 33 ou 40 MHz, dependendo da versão. O coprocessador aritmético do Pentium também é muito mais rápido, segundo
informações da Intel chega a ser de 5 a 6 vezes mais rápido que o coprocessador que equipa o 486DX.

4- Presumindo que haja espaço livre suficiente no disco rígido, seria possível instalar e usar o Windows 95 num 386? Justifique.

Os requisitos mínimos de instalação do Windows 95 A são um 386 com 4 MB de memória e 60 MB livres no HD. Isso é o mínimo para instalar o Windows 95, usa-lo já é outra história. Só uma curiosidade, algumas das primeiras séries do 386DX, pelo que sei
apenas alguns dos modelos de 20 MHz, tinham um bug que afetava algumas das instruções de 32 bits, estes não rodam Windows 95 nem com macumba 🙂 A intel trocou a maioria, mas ainda devem existir alguns por aí.

5- Se você respondeu “sim” à pergunta anterior, explique por que não seria possível instalar o Windows 95 num 286. Se respondeu “não”, explique as diferenças de arquitetura entre o 386 e o 486.

O 286 ainda é um processador de 16 bits. Mas de qualquer forma, é possível rodar um Windows 3.1 em modo Standard, se servir de consolo 🙂

As diferenças entre o 386 e o 486 são várias, mas as principais são que o 486 já traz cache L1 e coprocessador aritmético integrados (a excessão é o 486SX, uma versão de baixo custo, sem o coprocessador). Outra diferença interessante é que o 486 possui
5 estágios de pipeline, enquanto o 386 é monoestágio. Isso permite que o 486 perca menos tempo ao processar instruções complexas. Na prática, um 486 é pelo menos umas duas vezes mais rápido que um 386 da mesma freqüência, bem mais do que isso em alguns
aplicativos.

6- Quais eram as diferenças entre o K6-2 e o K6-3? Por que o K6-3 saiu de linha antes do K6-2?

O K6-3 tinha um cache L2 de 256 KB, full speed embutido, de resto era igual ao K6-2. O cache melhorava o desempenho do processador, mas ao mesmo tempo o encarecia. Na época, o K6-2 era o processador de baixo custo da AMD, enquanto o K6-3 era o
High-end, uma alternativa ao Pentium III. Mas, logo depois a AMD lançou o Athlon, que era bem mais rápido que um K6-3.

Um dos dois tinha que ser descontinuado e sobrou para o K6-3. O K6-2 continuou sendo produzido, mantendo sua posição de processador de baixo custo, mas já vem sendo rapidamente substituído pelos Durons, que além de muito mais rápidos, chegam a ser mais
baratos.

7- Por que, apartir do 386, todos os processadores usados em micros PC são compatíveis entre sí?

Todos são compatíveis com o mesmo conjunto básico de instruções, o x86. Apesar de cada processador ter suas particularidades, todos entendem esta mesma língua.

8- Por que as instruções MMX ajudam apenas em alguns aplicativos?

É preciso que o aplicativo seja otimizado para o MMX, caso contrário não existe ganho algum, as instruções simplesmente não são utilizadas. Além disso, as instruções MMX permitem manipular dados ou executar cálculos que envolvam números inteiros, ou
seja cálculos de baixa precisão, somar dois valores de 8 bits por exemplo, não servem para manipular gráficos 3D, nem mesmo para compactar vídeo usando algoritmos mais complexos (o Divx;-) por exemplo) sem perda de qualidade.

9- Qual é a diferença entre as instruções MMX e as instruções 3D-Now! criadas pela AMD?

Ambos os conjuntos de instruções visam aproveitar melhor os recursos do processador, permitindo executar mais instruções por ciclo. A diferença entre as duas é que as instruções MMX ajudam em instruções envolvendo números inteiros, pontos de imagem em
um programa gráfico 2D por exemplo, enquanto as instruções 3D-Now! ajudam em jogos e outros aplicativos que manipulam gráficos tridimensionais ou cálculos científicos, que manipulam cálculos que envolvam maior precisão. Os processadores AMD, apartir do
K6-2 suportam tanto o MMX quanto o 3D-Now!, o Athlon trouxe algumas instruções 3D-Now! novas, melhorando um pouco a eficiência do conjunto, enquanto os Pentium III e Pentium 4 trazem as instruções SSE, um conjunto bem mais complexo, que combina instruções
de inteiros e de ponto flutuante, além de contarem também com as velhas instruções MMX, que hoje em dia não servem pra muita coisa de qualquer forma.

10- O Pentium, assim como a maioria dos processadores posteriores, acessa a memória a 64 bits. Isto permite classifica-lo como um processador de 64 bits? Justifique.

Não, pois o que conta é a quantidade de dados que o processador pode manipular, não a velocidade de acesso à memória. Na verdade, como a memória RAM é muito mais lenta que o processador, um acesso de 64 bits à memória pode demorar até 60 ciclos de
processamento num processador atual. O barramento de dados com os caches costuma ser ainda maior, o Pentium 1 por exemplo tem um barramento total de 512 bits com o cache L1. Esta banda toda tem como objetivo permitir que os dados possam ser transmitidos
mais rápido, evitando situações em que o processador fique sem dados para processar. Além disso, não podemos esquecer que os processadores atuais executam várias instruções por ciclo, necessitando de doses cavalares de dados para manterem-se ocupados.

11- Em qual ordem estes processadores poderiam ser classificados segundo o desempenho do coprocessador aritmético, começando pelo mais rápido? 486, Pentium MMX, K6-3, Celeron, Duron, Pentium II, Athlon
Thunderbird, Pentium III Coppermine, Cyrix MII, K6.

O mais rápido da lista, em termos de arquitetura é o Athlon Thunderbird, seguido pelo Duron, que apesar de ser mais lento por causa do cache L2 menor, é equipado com o mesmo coprocessador aritmético, capaz de processar 3 instruções por ciclo, contra
duas instruções por ciclo processadas pelo coprocessador do Pentium III.

Em terceiro viria o Pentium III Coppermine, que apesar de ter um coprocessador um pouco mais lento, tem as instruções SSE, que são mais poderosas que as instruções 3D-Now! do Athlon. Isso explica por que em alguns aplicativos e jogos o Pentium III se
sai melhor. O Pentium II é um Pentium III com cache mais lento e sem SSE, por isso naturalmente fica atrás. O Celeron é um meio termo, pois tem cache mais rápido, apesar de menor, e as versões apartir de 566 MHz (e alguns de 533) já tem suporte a SSE.

O K6-3 é um caso complicado, pois o desempenho do coprocessador é fraco, mas existem as instruções 3D-Now! que em jogos otimizados fazem com que ele possa chegar perto de um Pentium II. O MMX não tem nada de muito especial, por isso pode ficar atrás do
K6-3.

O K6 ficaria mais para trás, pois ainda não tem instruções 3D-Now!, nem conta com o cache L2 full speed do K6-3, acaba por isso ficando atrás do MMX.

O Cyrix MII é outro processador da época, famoso por ser barato, mas ao mesmo tempo possuir um coprocessador anêmico. Sobre o 486 nem dá para falar muita coisa, fica em último lugar. 🙂

12- Qual é a diferença entre o Athlon antigo (K7) e um Athlon Thunderbird? E entre um Pentium III Katmai e um Coppermine?

O Athlon Thunderbird tem 256 KB de cache L2 full speed, ou seja que opera na mesma freqüência do processador, enquanto no Athlon antigo o cache opera à metade da freqüência do processador. Outra diferença é que o Athlon original, ou K7 era fabricado
numa técnica de 0.25 mícron, enquanto o Thunderbird é fabricado numa técnica de 0.18.

Entre o Pentium III Katmai e um Coppermine a diferença é basicamente a mesma, o Coppermine também tem 256 KB de cache L2 full speed, contra o cache L2 que opera à metade da freqüência do processador, que equipa o Pentium III Katmai.

13- No que as instruções SSE e SSE2 ajudam os processadores Pentium III e Pentium 4?

As instruções melhoram o desempenho dos processadores em aplicativos otimizados para elas. Sem o SSE, o Pentium III perderia para um Athlon da mesma freqüência em praticamente todos (senão todos) os jogos. O Quake III roda mais rápido num Pentium III
graças ao SSE.

14- Quais versões do Celeron vinham sem cache L2? Ainda é possível encontra-las à venda?

Apenas as duas versões, de 266 e 300 MHz. Apartir do 300A todos os Celerons tem os 128 KB de cache. Mas ainda é possível encontrar Celerons sem cache à venda… nos anúncios do primeira mão, nos sucatões da Santa Ifigênia, etc… 😉

15- Quais são as quantidades de cache L1 e L2 encontradas nos processadores Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Athlon e Duron?

Pentium II: 32 KB de L1, 512 KB de L2 (à metade da freqüência do processador)

Pentium III Katmai: 32 KB de L1, 512 KB de L2

Pentium III Coppermine: 32 KB de L1, 256 KB de L2 (full speed)

Athlon K7 e K75: 128 KB de L1, 512 KB de L2 (à metade da freqüência do processador)

Athlon Thunderbird: 128 KB de L1, 256 KB de L2 (full Speed)

Duron: 128 KB de L1, 64 KB de L2

Pentium 4: O mais complicado da lista, tem 8 KB de cache L1 para dados e mais 96 KB no execution trace cache, que substitui a parte do cache L1 que armazena instruções. Mas, o como o execution trace cache armazena instruções decodificadas, os 96 KB
equivalem a cerca de 16 KB “reais”, a vantagem nesse caso é a maior velocidade de acesso. Completando, o Pentium 4 tem os 256 KB de cache L2 padrão hoje em dia.

16- O K6-2 tinha um coprocessador aritmético mais fraco que o encontrado em processadores Pentium II da mesma freqüência, o que atrapalhava o desempenho do processador em jogos e em alguns aplicativos. O
que a AMD fez para resolver este problema no Athlon?

Remodelaram o coprocessador aritmético, assim como o restante do processador. Do K6-2 só sobraram mesmo as instruções 3D-Now!, que mesmo assim foram reforçadas com algumas novas instruções novas. Enquanto o coprocessador do K6-2 processava uma única
instrução por ciclo, o coprocessador do Athlon processa 3.

17- Como funciona o cache exclusivo encontrado no Athlon e no Duron? Qual é a vantagem sobre o cache inclusivo?

Cache “exclusivo” significa que o cache L1 guarda dados diferentes dos armazenados no cache L2, ambos se complementam. No cache “inclusivo”, o cache L1 armazena cópias de dados que já existem no cache L2, serve apenas como um atalho, já que é mais
rápido.

O Athlon e o Duron usam cache exclusivo, enquanto o Pentium III, Celeron e Pentium 4 usam cache inclusivo. Essa é uma vantagem dos processadores da AMD, já que num Athlon existem 256 KB de dados no cache L2 e mais 128 KB da dados no L1, totalizando 386
KB de dados em ambos os caches. No Pentium III temos 256 KB de dados no L2, e 32 KB de dados copiados para o L1, no total temos apenas 256 KB de dados em ambos os caches. No final das contas o Athlon é capaz de armazenar 50% mais dados em ambos os
caches.

18- Qual era a vantagem do Pentium II Xeon sobre o Pentium II “normal”, e a que mercado ele se destinava?

O Pentium II Xeon vinha com mais cache L2, e ao contrário do Pentium II, já vinha com cache Full Speed. Existiram versões do PII Xeon com até 2 MB de cache. Infelizmente, o preço era proporcional, já que o Xeon é um processador voltado para o mercado
de servidores. Depois do Pentium II Xeon, o Xeon teve novas encarnações, a atual é um Pentium 4 que traz um cache L3, full speed de até 1 MB.

19 – Se você pretendesse montar um micro de baixo custo, qual processador você utilizaria? E qual processador você compraria caso dinheiro não fosse problema? Justifique.

Para o PC de baixo custo usaria um Duron 700, que é o processador mais barato atualmente (2001), e possui um desempenho superior ao de um Celeron da mesma freqüência, mais do que suficiente para um PC para uso doméstico ou jogos. A economia serviria
para comprar uma placa mãe decente.

Pro PC dos sonhos escolheria um Athlon de 1.4 GHz (recém lançado). Apesar do Pentium 4 de 1.7 GHz ganhar em alguns aplicativos, ainda prefiro o Athlon.

20 – Como fica a compatibilidade entre o Pentium III, Athlon e Pentium 4 em termos de placa mãe? É possível instalar um Pentium III numa placa mãe para Pentium 4? Explique.

Os barramentos utilizados pelos 3 processadores são diferentes. O Pentium III usa o Bus GTL+ para comunicação com o chipset, o Athlon usa o Bus EV6, enquanto o Pentium 4 também tem sua solução própria. Com isto, além
das diferenças de arquitetura, voltagem, etc. os chipsets usados nas placas mãe devem ser diferentes, sem falar nas diferenças nas trilhas em cada tipo de placa. A compatibilidade neste caso é zero, cada um na sua.