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Por Dentro da Arquitetura do Pentium 4

       
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Aprenda como o processador Pentium 4 trabalha internamente.

Por Dentro da Arquitetura do Pentium 4
Gabriel Torres Editor executivo do Clube do Hardware

Introdução

Neste tutorial explicaremos a você como o processador Pentium 4 funciona em uma linguagem clara e objetiva. Você aprenderá exatamente como é a arquitetura interna do Pentium 4 e poderá comparar o seu funcionamento com os processadores anteriores da Intel e com os processadores concorrentes da AMD.

O processador Pentium 4 e os novos modelos de Celeron são baseados na arquitetura de sétima geração da Intel, também chamada Netburst. Na Figura 1 você tem uma visão geral desta arquitetura. Não se assuste, explicaremos o seu funcionamento em detalhe ao longo deste tutorial.

Para uma maior compreensão deste tutorial, sugerimos que você leia antes o tutorial Como os Processadores Funcionam onde explicamos o funcionamento básico de um processador e onde você encontrará também muitos dos conceitos apresentados aqui. Na verdade, podemos considerar o presente tutorial como sequência de nosso tutorial Como os Processadores Funcionam.


Figura 1: Diagrama em blocos do Pentium 4.

Aqui estão as diferenças básicas entre a arquitetura do Pentium 4 e a arquitetura de outros processadores:

  • Externamente o Pentium 4 trabalha transferindo quatro dados por pulso de clock. Esta técnica é chamada QDR (Quad Data Rate) e faz com que o barramento local tenha um desempenho quatro vezes maior do que o seu clock real, como você pode ver na tabela abaixo. Na Figura 1 isto é mostrado como “3.2 GB/s System Interface”; já que a figura foi desenvolvida quando o primeiro modelo de Pentium 4 foi lançado ela leva em consideração um barramento local de “400 MHz”.
Clock Real Desempenho Taxa de Transferência
100 MHz  400 MHz  3,2 GB/s
133 MHz  533 MHz  4,2 GB/s
200 MHz 800 MHz 6,4 GB/s
266 MHz 1.066 MHz 8,5 GB/s
  • Caminho de dados entre o cache de memória L2 (“L2 cache and control” na Figura 1) e o cache de dados L1 (“L1 D-Cache and D-TLB” na Figura 1) é de 256 bits. Nos processadores anteriores da Intel este caminho de dados era de apenas 64 bits. Por isso, essa comunicação nos processadores Pentium 4 pode ser quatro vezes mais rápida do que os processadores de gerações anteriores quando operando com o mesmo clock. O caminho de dados entre o cache de memória L2 (“L2 cache and control” na Figura 1) e a unidade de pré-busca (“BTB & I-TLB” na Figura 1), no entanto, continua sendo de 64 bits.
  • O cache L1 de instruções foi alterado de local. Em vez de estar localizado antes da unidade de busca, o cache L1 de instruções agora está localizado após o decodificador de instruções, com um novo nome, “Cache de código” (Trace Cache). Este cache de código pode armazenar 12 K microinstruções. Como cada microinstrução do Pentium 4 tem 100 bits, significa que o cache de código tem 150 KB (12 K x 100 / 8). Um dos erros mais comuns que as pessoas cometem sobre a arquitetura do Pentium 4 é dizer que o Pentium 4 não possui nenhum cache de instruções. Isto não é verdade. O cache de instruções está lá, mas com um novo nome e em um local diferente.
  • No Pentium 4 existem 128 registradores internos, enquanto que nos processadores da Intel de sexta geração (como o Pentium II e Pentium III) existiam apenas 40 registradores internos. Esses registradores estão na unidade de Renomeamento de Registradores (também conhecida como RAT, Register Alias Table, mostrada como “Rename/Alloc” na Figura 1).
  • O Pentium 4 possui cinco unidades de execução trabalhando em paralelo e duas unidades para carregar e armazenar dados na memória RAM.

Claro que isto é apenas um resumo para aqueles que já estão familiarizados com as arquiteturas de outros processadores. Se tudo isso parece grego para você, não se preocupe. Explicaremos tudo o que você precisa saber sobre a arquitetura do Pentium 4 em uma linguagem clara nas próximas páginas.

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