486

O 386 foi o grande marco dos processadores para micros PC, pois foi o primeiro processador a trazer o conjunto de instruções x86, que são suportadas por todos os processadores modernos. Apartir dele, surgiram vários melhoramentos, mas apenas em termos de desempenho.

Apesar de não trazer instruções novas, o 486 conquistou seu lugar na história, por trazer vários recursos que continuam sendo usados até os processadores atuais. Em primeiro lugar, o 486 foi o primeiro processador a trazer cache integrado. Eram 8 Kbytes, mas que eram capazes de entregar dados a cada ciclo do processador. Como os fabricantes continuaram incluindo cache na placa mãe, um pouco mais lentos, mas em maior quantidade, surgiu também a distinção entre o cache L1 e o L2.

Outra evolução foi o coprocessador aritmético. Ao invés do caríssimo componente que deveria ser adquirido separadamente, o coprocessador passou a ser um item de série. Este foi o impulso que faltava para a popularização de vários programas e o surgimento de jogos bem mais elaborados.

Com tudo isso, um 486 é quase duas vezes mais rápido do que um 386 da mesma frequência. Em alguns aplicativos, que dependem do coprocessador aritmético, um 486 chega a ser 10 vezes mais rápido.

Como fez anteriormente com o 386, a Intel criou um 486 de baixo custo chamado de 486SX. A diferença entre o SX e o 486 original, que passou a ser chamado de 486DX. Os dois compartilhavam a mesma arquitetura, mas o SX vinha sem o coprocessador aritmético, o que o tornava muito mais lento em aplicativos gráficos e científicos.

Para os proprietários, existia a opção de posteriormente comprar um 80487SX, um coprocessador aritmético que era vendido separadamente. O problema era que comprado separadamente, o coprocessador custava quase tanto quanto um processador 486DX que já vinha com o coprocessador embutido, definitivamente um péssimo negócio. Para evitar confusão, o 486 original passou a ser chamado de 486DX.

Foram lançadas versões do 486 rodando à 25 MHz, 33 MHz e 40 MHz, porém, criou-se uma barreira, pois não haviam na época circuitos de apoio capazes de trabalhar a mais de 40 MHz. Para solucionar esse problema, foi criado o recurso de Multiplicação de Clock, através do qual o processador trabalha internamente à uma velocidade maior do que a da placa mãe. Foram lançados então os processadores 486DX2 (que trabalhavam ao dobro da frequência da placa mãe) e logo depois os 486DX4 (que trabalhavam ao triplo da frequência da placa mãe):

Processador	Placa mãe	Multiplicador
486DX-2 50 MHz	25 MHz	2x
486DX-2 66 MHz	33 MHz	2x
486DX-2 80 MHz	40 MHz	2x
486DX-4 75 MHz	25 MHz	3x
486DX-4 100 MHz	33 MHz	3x
486DX-4 120 MHz	40 MHz	3x

Com isso, surgiram também as placas mãe upgradable, que permitem atualizar o processador, apenas configurando alguns jumpers da placa.

Os processadores 486, apartir do DX-33 foram os primeiros a utilizar cooler, que naquela época eram dissipadores com menos de um centímetro de altura, com exaustores minúsculos. Conforme os processadores passaram a dissipar cada vez mais calor, os coolers foram crescendo na mesma proporção, até chegar nos exageros que vemos atualmente 🙂

Multiplicação de Clock: Dentro de qualquer computador, os dados são transmitidos e processados na forma de sinais elétricos. O processador é muito pequeno, não mede mais do que 1, ou 1,2 centímetros quadrados. A placa mãe por sua vez é muito maior que isso.

Graças a esta diferença de proporções, acaba sendo muito mais fácil desenvolver um processador capaz de operar a, digamos, 2 gigahertz, do que uma placa mãe capaz de acompanha-lo. Apesar dos sinais elétricos percorrerem os circuitos a uma velocidade próxima da da luz, estamos falando de bilhões de transmissões por segundo.

O recuso de multiplicação de clock surgiu para evitar que os processadores ficassem limitados à frequência da placa mãe. Num Pentium III de 800 MHz por exemplo, a placa mãe opera a apenas 100 MHz. O multiplicador é de 8x.

Hoje em dia os processadores trazem tanto cache L1, quanto cache L2 integrados, operando na mesma frequência do restante do processador, o que diminui muito a dependência da velocidade da memória RAM, que sempre opera na mesma frequência de a placa mãe, meros 100 ou 133 MHz. Mesmo assim, quanto maior for o multiplicador, maior será a perda de desempenho. Um bom exemplo disso, é uma comparação entre o Celeron 766 (que usa bus de 66 MHz) e o Celeron 800 (que já usa bus de 100 MHz). Apesar da frequência de operação ser quase a mesma, o Celeron 800 chega a ser 20% mais rápido, graças ao acesso mais rápido à memória.

Apesar das limitações, o recurso de multiplicação de clock é indispensável atualmente, pois sem ele seria impossível desenvolver processadores muito rápidos, já que não é possível aumentar a frequência das placas mãe e dos demais periféricos na mesma proporção do aumento do clock nos processadores. Se o Pentium III, por exemplo, tivesse que trabalhar na mesma frequência da placa mãe, não passaríamos de 100 ou 133 MHz.

Nos PCs 486, Pentium, MMX e K6 é necessário configurar o multiplicador manualmente, através de alguns jumpers da placa mãe. É uma maravilha, principalmente quando você não têm o manual da placa em mãos. Mas, apartir do Pentium II, a placa é capaz de detectar automaticamente o multiplicador. Na verdade, apartir do Pentium II, todos os processadores Intel têm o seu multiplicador travado ainda na fábrica. Não é possível alterá-lo mesmo que queira.

Pipeline: Até o 386, os processadores da família x86 eram capazes de processar apenas uma instrução de cada vez. Uma instrução simples podia ser executada em apenas um ciclo de clock, enquanto instruções mais complexas demoravam vários ciclos de clock para serem concluídas. Seria mais ou menos como montar um carro de maneira artesanal, peça por peça.

Para melhorar o desempenho do 486, a Intel resolveu usar o pipeline, uma técnica inicialmente usada em processadores RISC, que consiste em dividir o processador em vários estágios distintos. O 486, possui um pipeline de 5 níveis, ou seja, é dividido em 5 estágios.

Quando é carregada uma nova instrução, ela primeiramente passa pelo primeiro estágio, que trabalha nela durante apenas um ciclo de clock, passando-a adiante para o segundo estágio. A instrução continua então sendo processada sucessivamente pelo segundo, terceiro, quarto e quinto estágios do processador. A vantagem desta técnica, é que o primeiro estágio não precisa ficar esperando a instrução passar por todos os demais para carregar a próxima, e sim carregar uma nova instrução assim que se livra da primeira, ou seja, depois do primeiro pulso de clock.

As instruções trafegam dentro do processador na ordem em que são processadas. Mesmo que a instrução já tenha sido processada ao passar pelo primeiro ou segundo estágio, terá que continuar seu caminho e passar por todos os demais. Se por acaso a instrução não tenha sido completada mesmo após passar pelos 5, voltará para o primeiro e será novamente processada, até que tenha sido concluída.

Desta maneira, conseguimos que o processador seja capaz de processar simultaneamente, em um único ciclo de clock, várias instruções que normalmente demorariam vários ciclos para serem processadas. Voltando ao exemplo do carro, seria como se trocássemos a produção artesanal por uma linha de produção, onde cada departamento cuida de uma parte da montagem, permitindo montar vários carros simultaneamente.

O uso dos 5 estágios de pipeline no 486 não chega a multiplicar por cinco a performance do processador, na verdade a performance não chega nem mesmo a dobrar, mas o ganho é bem significativo.