Placas-Mãe (.pdf)

CEFET-SP Centro Federal de Educação Tecnológica São Paulo
São Paulo, novembro de 2004
Placas Mãe para servidores de
rede e multiprocessamento
Componentes:
Elvis Agostinho Camilo prontuario:0457752
Paulo Roberto Rodrigues Estanqueiro prontuario:045799X
Ramiro Tadeu Wisnieski prontuario:0457876
Ronaldo da Silva Braun prontuario:0457761
Professor: Ricardo Massashi Abe
1

Sumario
Introdução..................................................................................................3
Evolução das placas mãe..........................................................................4
Componentes de uma placa mãe..............................................................4
O BIOS.......................................................................................................4
Slots...........................................................................................................5
Barrametos de expansão...........................................................................5
Soquetes....................................................................................................6
Portas de comunicação..............................................................................7
O Chipset...................................................................................................8
Regulador de voltagem..............................................................................8
Gerador de clock........................................................................................9
Alguns chipsets para servidores no mercado.............................................9
Utilização de placas mãe para servidores..................................................10
Software......................................................................................................11
Processadores ...........................................................................................11
Multiprocessamento ...................................................................................15
tendências ...................................................................................................21
Conclusão....................................................................................................22
Bibliografia e referencias ............................................................................23
2

Introdução
O computador e a placa-mãe estão fortemente relacionados. Os componentes
nela presentes determinam questões como compatibilidade, estabilidade e
também longevidade da máquina.
Ela é que deve garantir que todos os dispositivos do computador se
intercomuniquem. Acima de tudo, a Placa-mãe possui os circuitos necessários
para o funcionamento do processador. Sem o processador a placa-mãe não
consegue realizar nenhuma de suas tarefas básicas e obviamente um
processador sem placa-mãe não apresenta nenhuma utilidade.
Uma placa-mãe determina o tipo de dispositivo que pode ser incorporado ao
computador. Não existem placas-mãe universais que permitam a utilização de
qualquer processador, de qualquer tipo de memória e de qualquer placa de
expansão. Os mínimos detalhes são determinados pela placa-mãe.
Normalmente uma placa mãe contém a CPU, a BIOS, memória, portas seriais,
paralelas e USB, slots de expansão e controladores para os periféricos padrões,
como teclado e drive de disquete. Todos estes controladores residem em um
conjunto de chips, ou seja, o chipset.
A finalidade deste texto é , fazer um breve estudo da utilização de placas mães
em aplicações de missão crítica. Entendemos por aplicações de missão crítica,
uma aplicação que requer alta disponibilidade e alta segurança. A disponibilidade
está relacionada à velocidade com que obtenho as informações necessárias,
assim como a segurança relaciona-se a capacidade de manter minhas
informações integras e seguras.
Para se especificar determinada placa-mãe, primeiramente temos que avaliar o
uso do equipamento, pois isso vai atuar de forma determinística na especificação
de seus requisitos técnicos. Também devemos considerar o conjunto placa mãe e
processador como um todo, pois a escolha de um limita a escolha de outro. E por
último devemos considerar o software utilizado, que influirá na escolha do
hardware.
Não podemos esquecer dos fatores comerciais, como orçamento disponível,
assistência técnica, tarifas, importações dentre outros.
Nos próximos tópicos estaremos tratando destes e outros assuntos importantes
para auxiliar na especificação de uma placa-mãe adequada para cada aplicação.
3

Evolução das Placas mãe
Há alguns anos, quando os computadores equipados com processadores 286
eram os modelos mais almejados e sonhava-se com lançamento do 386, não avia
preocupação com o modelo de placa mãe a ser escolhido. No Brasil não havia
muitas opções no mercado, e os modelos disponíveis praticamente não
apresentavam diferença entre si.Com o passar dos anos , e com o
desenvolvimento cada vez mas rápido da tecnologia , as placas mãe passaram
ater uma importância fundamental em qualquer tipo de computador. Hoje em dia é
ela quem dita as regras com relação a atualizações e até mesmo ao desempenho
do equipamento.
Componentes de uma placa mãe
Neste capitulo iremos abordar os principais componentes de uma placa mãe,
como por exemplo: bios, slots, tipos de barramentos de expansão, soquetes,
portas de comunicação e chipset.
O BIOS:
O BIOS ( Basic Input/Output System) é o sistema básico de entrada e saída, nada
mais é do que um software que controla todas as funções de uma placa mãe. É
por meio deste software - normalmente armazenado dentro de uma pequena
memória do tipo eprom ou atualmente em uma memória flash –que o computador
executa suas diversas funções e controla seus periféricos e subsistemas da paca
mãe.
Os bios geralmente trazem um menu , chamado de bios setup , no qual são
inseridos os dados da configuração atual do computador e qual modo o sistema
operacional deve ser carregado (a partir do disco rígido, cdrom, drive de disquete,
entre outros).
Alem da configuração, o bios é o primeiro programa a ser executado quando se
liga a maquina. Neste momento, o primeiro programa que vimos na tela é
justamente a rotina da bios. Somente depois dos teste iniciais(POST – power on
self test ) e a apresentação do quadro da bios é que o “comando” do computador
passa para o sistema operacional.
A correta configuração da bios tem impacto no desempenho geral do
equipamento. Certas configurações podem fazer o computador trabalhar em um
rendimento inferior ou inclusive causar problemas. Portanto deve-se configurar a
bios com o máximo de cuidado possível.
4

Slots:
A palavra inglesa slot quer dizer, em tradução aproximada, ”baia”. Em se tratando
de equipamentos eletrônicos slots são conectores nos quais um outro modulo
menor é encaixado. Um slot fornece uma certa sustentação mecânica para o novo
modulo, define sua posição dentro do equipamento maior e faz as conexões
elétricas (em alguns casos óticas e de radiofreqüência) entre o modulo e o
equipamento que o recebe.
No caso de computadores , os slots são conectores alongados em que se
“espetam” placas de expansão: interfaces usb ou scsi, capturadoras de vídeo e
placas de som profissionais, entre muitos outros dispositivos.
É extremamente importante a correta identificação dos tipos de slots existentes
em seu equipamento antes de adquirir um periférico, evitando a compra de um
modelo que não possa ser instalado.
É muito importante não confundir slots com barramentos, pois slots são apenas
interfaces de conexões ao barramento e não, o barramento propriamente dito.
Há basicamente três tipos de slots existentes:
Barramento local: interliga o processador, os chipsets mais próximos do
processamento central e as memórias RAM, alem da Bios.
Barramento de expansão: periféricos como placas de som, vídeo, rede, entre
outros.
Barramento x: portas seriais, paralelas e outros dispositivos internos.
Barramentos de expansão
Distinguir os diferentes tipos de slots presentes no barramento de expansão e
fundamental para qualquer troca ou substituição de qualquer periférico. A
evolução dos barramentos de expansão ocorreu principalmente porque as placas
e periféricos passaram a exigir vias de comunicação cada vez mais velozes e
adequadas a cada aplicação especifica.
Os principais tipos de slots são:
ISA – industry standart architeture – foi o primeiro tipo de barramento de
expansão , originalmente possuindo 8 bits , logo substituído pelo padrão ISA 16
bits. Entretanto este tipo de barramento se tornou obsoleto, sendo muito raro, e a
extinção deste slot é inevitável.
EISA – Extended ISA – Foi uma tentativa de criar um barramento de 32 bits, mas
pôr final o barramento PCI acabou substituindo os padrões ISA e EISA.
VLB – vesa local bus – era muito mais rápido do que os concorrentes isa e eisa.
Possuía 32bits entretanto funcionava na mesma freqüência da placa mãe
apresentando um maior desempenho . Entretanto seu alto custo inviabilizava sua
utilização.
PCI – Peripheral Component Interconnect – desenvolvido pela Intel e pela Apple
se tornou tão rápido quanto o padrão VLB, entretanto com um custo bem mais
barato. A principal inovação do padrão PCI foi a inclusão de um chipset
controlador , diminuindo a utilização do processador.
5

Outra novidade foi o recurso Plug-And-Play que teoricamente qualquer dispositivo
PCI é detectado e configurado automaticamente.
Esse barramento é capaz de endereçar dados a 32 e a 64 bits, podendo alcançar
freqüências de 66 MHz.
AGP – Accelerated graphics port – especifico para aplicações gráficas(atualmente
existem as novas versões dos dispositivos AGP: 1x, 2x, 3x , 4x e 8x), o padrão
AGP permite que a placa de vídeo acesse a memória RAM diretamente. Esse tipo
de recurso esta sendo muito utilizado, principalmente nas placas de vídeo 3D.
AMR – Áudio Modem Riser – é um pequeno slot que provê uma conexão direta de
8 bits com um dos chipsets da placa mãe.
Soquetes
Soquetes são encaixes soldados em placas de circuito impresso e que recebem
algum tipo de chip removível. Nas placas mãe, são utilizados para a fixação dos
processadores e das expansões de memória.
Alguns soquetes de processadores:
Slot A – Desenvolvido pela AMD, é fisicamente parecido com o slot 1 da intel,
diferenciando-se basicamente por um pino que divide o encaixe em dois. Equipou
apenas os primeiros modelos ATHLON, sendo descontinuado pouco tempo
depois por causa do seu alto custo de produção.
Soquete A- substituiu o slot a utilizado pelos processadores ATHLON Thunderbird
e Duron, exceto os modelos ATHLON que utilizam freqüência maior ou igual a 133
MHz.
Soquete 478 –é utilizado pelos processadores Pentium 4 Northwood,
proporcionando desempenho inferior aos rivais AMD
Soquete 940 – utilizado em processadores Athlon 64 fx e também no processador
opteron, ambos com cache l2 de 1 Mb. Esse soquete traz 940 pinos. Os
processadores encaixáveis nesse soquete funcionam somente com memórias
ECC, muito mais caras do que os módulos de memória DDR.
Soquete 754 - é o modelo utilizado para os processadores Athlon 64 que
possuem 754 pinos. Esses processadores são a versão mais simples da família
Athlon 64, sendo compatíveis com os módulos de memória DDR .
Alguns soquetes de memória:
Memórias 30 vias - normalmente agrupadas em conjuntos de 4 ou 8 soquetes.
Cada modulo de memória fornecia 8 bits de memória. Mesmo utilizando todos os
módulos de memória este conjunto não disponibilizava uma grande quantidade de
memória.
Memórias SIMM – utilizavam 72 vias, endereçando 32 bits. Na época os módulos
eram caros mas com sua popularização seu custo caiu vertiginosamente.
Memórias DIMM – esses módulos operam com 64 bits e possuem 164 vias, este
módulos desenvolvidos para facilitar a vida e baixar o custo de produção.
6

Memórias DDR- em meados de 2000, surgiu um novo tipo de memória, chamada
DDR, o DDR SDRAM. Esse modulo é fisicamente muito parecido com o DIMM,
sendo desenvolvido um novo encaixe chamado DIMM/184, tornando possível o
seu encaixe em um soquete DIMM/168. Esses módulos de me3moreias são
classificados de acordo com a sua velocidade.
Portas de comunicação:
Um computador isolado não tem muita utilidade. É preciso alimentá-lo com
informações e programas, e extrair dele dados úteis, para isto existem diversos
sistemas computacionais ligados entre si e comunicando-se.
Há diversos tipos de portas de comunicação, sendo as mais comuns:
Seriais e Paralelas: são portas de comunicação de uso geral que compartilham o
canal de dados do barramento ISA ou PCI. Cada porta possui um endereço de
I/O. Basta ao software acessar esse endereço e executar operações de leitura e
escrita.
Nas portas seriais, os dados são enviados bit a bit, ou seja um a um . No caso da
porta paralela, os dados são transmitidos byte a byte ou seja, de oito em oito bits,
sendo então necessário oito condutores elétricos paralelos (interface).
USB - Universal Serial Bus- foi o primeiro a ser totalmente plug-and-play,
permitindo a conexão de dispositivos mesmo com o computador ligado, bem como
o reconhecimento automático pelo sistema operacional. O novo padrão usb 2,
lançado em 2002, transfere dados à velocidade de 480MB/s, 400.000 vezes mais
rápida do que as interfaces paralelas comuns.
Firewire- é um barramento serial de excelente desempenho, o barramento firewire
pode alcançar uma velocidade superior a 30 vezes a transmissão de dados
através de uma porta USB 1.1, alem de conseguir trabalhar com 63 dispositivos ao
mesmo tempo. Era considerada a melhor opção até o aparecimento do padrão
USB 2.
IDE – Integrated Drive Eletronics – é a interface utilizada para unidades de
armazenamento de grande capacidade, especialmente drivers de Cd e discos
rígidos. Também conhecida como ATA( Advanced technology Attachment ),
permite a conexão de apenas dois dispositivos e cada porta , através de um cabo
paralelo de 40 vias( ou 80, nos padrões mais modernos e mais rápidos). A
velocidade de transferências varia de acordo com a tecnologia, por exemplo, o
ata/133, que atinge a taxa de transferência de dados de até 133MB/s.
SCSI- Small Computer System Interface – é um barramento de comunicação de
alto desempenho sendo utilizado por dispositivos que necessitem de altas
velocidades. Outro ponto positivo desta tecnologia é a facilidade de conectar
diversos dispositivos a interface. Os dispositivos SCSI devido ao seu alto preço,
geralmente são utilizados apenas em servidores ou computadores de alta
performance devido a sua grande confiabilidade e facilidade com que se
implementa o espelhamento e redundância de discos(volume raid). A velocidade
de transferência gira em torno dos 80Mbit/s.
SATA – Serial Advaned Technology Attachment – utiliza uma linha serial, para
dispositivos de armazenamento. Os dispositivos SATA conseguem atingir
7

velocidades de até 150MB/s. Alem da maior velocidade, os cabos de menor
largura contribuem para deixar o interior do gabinete mais organizado e limpo.
O ChipSet
São alguns dos componentes mais importantes da placa mãe, são eles que
controlam o fluxo de informações entre o computador e os outros componentes
do computador. A qualidade do chipset impacta profundamente no desempenho
geral da maquina. Alguns dos chipsets mais recentes serão abordados nos
próximos capítulos.
NortBridge: É o chipset que fica localizado na parte norte da placa mãe, por isso o
nome, e em conjunto com há o SouthBridge. Essa nomeclatura com base no
posicionamento desse componente na placa foi definido originalmente pela VIA
Technologies. A Intel utiliza um arranjo similar ao da VIA Technologies, porém
emprega uma nomenclatura diferente, como AGPset e ICHHub. A Silicon
Integrated Sytems, a popular SIS, desenvolve produtos com base no esquema da
VIA mas também produz chipsets com funções concentradas apenas em um
chipset, sendo chamado de ultra-integrados. Esses chipsets da SIS costumam ser
utilizados nas placas mãe de baixo custo.
SoutBridge: É a parte responsável pelo controle dos dispositivos de I/O (portas
seriais e paralelas e USB), e controladoras de disco IDE e flipy drive, trabalhando
em conjunto com o NortBridge. A ligação entre o NortBridge e o SoutBridge era
feito via barramento do sistema, ou seja, o esquema padrão de interligação entre
quaisquer componentes integrados. Como era necessário melhorar a performance
da comunicação entre eles, foram desenvolvidos protocolos de barramento. Cada
fabricante de chipset desenvolveu seu protocolo de barramento: a VIA
Tecnologies com o seu V-Link e a SiS com p MUTIOL. Há ainda o Hypertransport,
criado por um consórcio lideradas pela AMD e que acabou sendo adotado por
outros fabricantes incluindo a própria VIA e também a SiS. A Intel ?????
LPC: O Soutbridge detém algumas interfaces e barramentos, mas dependendo d
caso, ele apenas controla, como a interface de discos flexíveis, portas seriais e
paralelas e outros elementos como o monitor de hardware eu inclui a medição de
temperatura e rotação das ventoinhas do sistema. Quando o SouthBridge apenas
controla esses componentes, quem os prov6eé o LPC I/O (“Loe Pin Count
Input/Output”). Dependendo do LPC, este agrega vários outros componentes
como controlador de teclado, GPIO (Game Port I/O) e outros.
Regulador de Voltagem
Grupo de componentes que abastece os componentes da placa mãe com energia
“limpa”, ou seja, sem oscilação. Dependendo do projeto da placa mãe os
componentes do regulador de voltagem podem necessitar de um dissipador, a
exemplo do que ocorre com os chipsets. Quanto mais robusto for o regulador,
quanto mais fase tiver e quanto mais alta for a qualidade dos componentes
empregados, mais estável será a placa pois se eliminará diversos problemas.
8

Placas de baixo custo (“Entry Level”) geralmente empregam reguladores de
voltagem mais simples enquanto as topo de linha (“High-End”) geralmente tem
reguladores melhor elaborado. O regulador de voltagem é um dos componentes
que mais sofrem alteração quando um novo núcleo de processador é lançado.
Gerador de Clock
É a base das freqüências utilizadas por um computador. Junto ao chip costuma
haver um cristal de referência de 14.318MHz. Juntamente com o regulador de
voltagem, o gerador de clock é um dos componentes que sofrem alteração
quando um novo núcleo de processadores é lançado, pois precisa se adaptar às
novas freqüências e demais especificações.
Alguns chipsets para servidores no mercado
Linha Xeon
Modelo Intel E7505 Intel E7520 Intel E7320 Intel E7500 Intel E7501
Processad 1 ou 2 1 ou 2 1 ou 2 1 ou 2 1 ou 2
or processador processador processador processador processador
es Xeon es Xeon es Xeon es Xeon es Xeon
com com com com Cache com
barramento barramento barramento L2 de 512K barramento
de 533 MHz de 800 MHz de 800 MHz
de 800 MHz
e Cache L2 e Cache L2 e Cache L2
e Cache L2
de 512K de 1MB de 1MB
de 1MB
Memória 16 GB 16 GB 16 GB 16 GB 16 GB
máxima
DDR2 -400, DDR2 -400,
16 GB DDR 16 GB DDR
333 e 32 333 e 32
GB DDR GB DDR
266 266
Linha Intanium
Modelo Intel 460GX Intel E8870
Processad De 1 a 4 processadores De 1 a 4 Processadores
or Intaniun
Intaniun
Memória
Máxima
64 GB 128 GB
9

Utilização de placas mãe para servidores
Para especificarmos uma placa mãe devemos saber exatamente qual o utilização
do equipamento. Pois cada tipo de aplicação requer uma linha específica de
equipamentos Entendemos por servidor um computador ou periférico dedicado
que oferece uma função para uma rede. Uma rede de computadores é formada
por meios de comunicação, dispositivos e o software necessário para conectar
dois ou mais sistemas de computadores e/ou dispositivos. As redes de
computadores são fundamentais para as organizações modernas por diversos
motivos. Primeiro, os sistemas de computadores em rede permitem que as
organizações sejam mais flexíveis e adaptáveis, para atenderem às condições
empresariais que mudam rapidamente. Segundo, as redes permitem que as
empresas compartilhem hardware, aplicações de computador e bancos de dados
em toda a organização. Terceiro, as redes possibilitam aos funcionários e grupos
de trabalho espalhados em outros locais o compartilhamento de documentos,
idéias, opiniões, comentários criativos, estimulando o trabalho em equipe, a
inovação e interações mais eficientes. Finalmente, a rede está se consagrando
cada vez mais como a ligação entre empresas e entre as empresas e seus
clientes.
Os tipos mais utilizados de servidores são :
• Servidor de arquivo (file server): normalmente um computador com
discos rígidos de alta capacidade usado para gerenciamento e
armazenamento de programas aplicativos e arquivos dos usuários a
serem compartilhados em uma rede local;
• Servidor de comunicação: permite o compartilhamento de conexão
Internet, o roteamento e acesso remoto. Questões de segurança são as
mais discutidas para quem vai gerenciar esse tipo de servidor.
• Servidor Web: máquina específica que mantém páginas Web, como
Portais Corporativos, no ar. Juntamente com o servidor de comunicação,
é a porta de saída e ao mesmo tempo porta de entrada da Empresa.
Internet, Extrantet e Intranet são os usos potenciais desse tipo de
equipamento.
• Servidor de E-mail: máquina que se interliga com o provedor de acesso
e permite a criação, manutenção e exclusão de contas de e-mail.
Políticas de quotas por área, tipos de arquivos permitidos,
confidencialidade, entre outras, são a preocupação na hora de montar
um servidor de email.
• Servidores de impressão: Equipamento destinado a prover serviço de
impressão para uma rede
• Servidores de domínio (DNS) : Tem por finalidade centralizar as
máquinas de uma rede em um ambiente comum oferecendo segurança
para os dados do usuário.
As empresas não têm que ter todos essas máquinas dedicadas para usufruir da
arquitetura cliente/servidor. Em empresas pequenas a vantagem de uma rede é o
compartilhamento de hardware (um acesso rápido, via Speedy, por exemplo, ou
10

uma impressora) e de arquivos. Provavelmente não haverá um servidor de e-mail
centralizando todo o fluxo de comunicação entre o ambiente externo e a empresa
e vice-versa, nem um gerenciamento de impressão.
Já empresas grandes, com grande volume de tráfego de informações, vêm na
especialização uma maneira de balancear a carga entre os servidores e ter um
melhor gerenciamento em e-mail, serviços Web, impressão, etc.
O software
O software utilizado determina qual o tipo de processador devo utilizar, e
consequentemente a família de placas mãe disponível. Para sistemas
operacionais de 32 bits posso utilizar a linha de processadores Xeon, da Intel. Etc.
Para sistemas operacionais de 64 bits posso utilizar processadores Itanium. da
Intel; Consequentemente a placa mãe tem que ser compatível com o Sistema
operacional escolhido. Uma alternativa que surge no mercado é a linha AMD 64
que suporta a família de sistemas operacionais 32 bits e a família 64 bits. Além
dos processadores citados acima existem outros fabricantes no mercado
É sempre bom lembrar que computadores com mais de um processador não são
destinados aos usuários comuns. Isso porque somente sistemas operacionais
servidores de rede, como o Windows NT Server, o Windows 2000 Server,
Windows 2003 Server, o Linux, e demais versões de Unix (FreeBSD, AIX, etc),
são capazes de reconhecer mais de um processador e distribuir tarefas entre eles.
Ou seja, sistemas operacionais como o Windows 9x/ME reconhecem somente um
processador, não fazendo o menor sentido ter uma máquina com dois
processadores se for usar esse tipo de sistema operacional.
Abaixo temos alguns Sistemas Operacionais atualmente disponíveis no mercado:
Nome 32
bits
64 bits
Windows 2003 Server X *
Red Hat Linux X X
SuSE Entreprise Linux x X
***Segundo a Microsoft , o -Windows 2003 64 bits estará disponível no primeiro
semestre de 2005.
Os Processadores
Como já foi dito anteriormente, a escolha da placa-mãe deve ser feita em conjunto
com a escolha do processador. Pois cada família de processador determina um
tipo de placa-mãe específico. Atualmente encontramos frequentemente três
famílias específicas de processadores indicados para servidores de rede.:
Linha Intel Xeon
Processador Processador
Processador Intel® Processador Intel®
Intel® Xeon MP Xeon
Xeon
Arquitetura Tecnologia de Tecnologia de Tecnologia de
11

processos de 130 processos de 90 processos de 130
nm
nm
nm
Cache (L1) Cache de monitoração de execução
Cache (L2) 256 KB, 512 KB 1M 512 KB
Cache (L3) 512 KB, 1M, 2M,
4M
ND 1M, 2M
Velocidade básica 1,40 a 3,0 GHz 2,80 a 3,60 GHz 1,8 a 3,20 GHz
Chipset de servidor ServerWorks GC- Chipsets Intel® Chipset Intel®
HE*, chipsets E7520 e E7320 E7501,
personalizado por
ServerWorks GC-
OEM
LE* e GC-HE*
Barramento de
sistema
400 MHz 800 MHz 400, 533 MHz
Aplicativos Servidores de dois Aplicativos para Servidores de web,
sugeridos
e múltiplos servidores e correio, de infra-
processadores, de workstations de estrutura de
nível média, com processador duplo propósito geral e
suporte para
colaboração,
manutenção de
aplicativos,
planejamento de
recursos
empresariais e
inteligência
empresarial
de front-end
Linha Intel Intaniun
A arquitetura do processador Intel® Itanium® 2 foi criada precisamente para os
exigentes aplicativos técnicos e comerciais. As plataformas baseadas no Itanium®
2 habilitam as empresas e organizações a maximizar o retorno sobre o
investimento ao oferecer desempenho líder na indústria a baixo custo com maior
escolha do que as tecnologias proprietárias RISC. Os processadores Itanium 2
são suportados por um ecossistema rico em soluções altamente escalonáveis de
padrão aberto de 64 bits através de mais de 40 fornecedores líderes em hardware,
mais de cinco sistemas operacionais inclusive o Windows* Server 2003, HP-UX e
Linux* e centenas de aplicativos e ferramentas. Além disso, os processadores
Itanium 2 são binários, compatíveis com softwares existentes baseados no
Itanium, oferecendo proteção ao seu investimento. Os aplicativos IA-32 são
suportados pela família do processador Itanium e o suporte será ainda melhorado
com o IA-32 Execution Layer.1
Processador Intel® Itanium® 2 com cache L3 de 6MB para servidores e
workstations MP e DP
Velocidade disponível 1,50 GHz, 1,40 GHz, 1,30 GHz
Cache Nível 3 6MB, 4MB e 3MB integrado
Nível 2 256 KB
12

Nível 1 32 KB (Instruções e dados)
Recursos Baseado na arquitetura EPIC
MCA (Machine Check Architecture)
melhorada com ECC (Error Correcting
Code) extensivo
Suporte aos Sistemas operacionais:
HP-UX*, Linux*, Windows* Server 2003
Barramento do sistema 400 MHz, 128-bit wide
Chipset Chipset Intel® E8870, chipsets
personalizados OEM
Processador Intel® Itanium® 2 de 1,60 GHz com cache L3 de 3MB otimizado para
servidores e workstations DP
Velocidade disponível 1,60 GHz, 1,40 GHz
Cache Nível 3 3MB e 1,5MB integrados
Nível 2 256 KB
Nível 1 32 KB (Instruções e dados)
Recursos Otimizado para processador dual
Baseado na arquitetura EPIC
MCA (Machine Check Architecture)
melhorada com ECC (Error Correcting
Code) extensivo
Suporte aos Sistemas operacionais:
HP-UX*, Linux*, Windows* Server 2003
Barramento do sistema 400 MHz, 128-bit wide
Chipset E8870, chipsets personalizados OEM
Processador Intel® Itanium® 2 de baixa voltagem otimizado para servidores e
workstations DP de alta densidade
Velocidade disponível 1 GHz
Cache Nível 3 : 3MB e 1,5MB integrado
Nível 2 256 KB
Nível 1 : 32 KB (Instruções e dados)
Recursos Otimizado para processador dual
Consumo máximo de energia de até 62
Watts
Baseado na arquitetura EPIC
MCA (Machine Check Architecture)
melhorada com ECC (Error Correcting
Code) extensivo
Suporte aos Sistemas operacionais:
HP-UX*, Linux*, Windows* Server 2003
Barramento do sistema 400 MHz, 128-bit wide
Chipset Chipset Intel® E8870, chipsets
personalizados OEM
13

O processador Itanium 2 com cache L3 de 6MB oferece novos níveis de
paralelismo na computação, escalonabilidade e confiança para bancos de dados,
planejamento da cadeia de serviços, inteligência comercial e outros aplicativos
intensos de dados, como, por exemplo, a tecnologia de alto desempenho. Como
um soquete compatível seguindo o processador Itanium 2 original, ele oferece
proteção ao investimento para OEMs e usuários finais. Além disso, são binários
compatíveis com softwares existentes baseados no Itanium e oferecem aumentos
no desempenho de até 30 e 50 por cento ou mais quando comparados ao
processador original Itanium 2.2
Com seus recursos de execução massivos, largura de banda no barramento de
sistema de 6,4 GB/seg, cache integrado L3 de 6MB e velocidade núcleo de 1,50
GHz, o mais recente processador Itanium 2 oferece até o dobro de desempenho
de transação na metade $/transação3 e oferece vantagens $/FLOPS4
substanciais versus plataforma RISC líder comparável.
O processador Itanium 2 de 1,60 GHz com cache L3 de 3MB oferece
preço/desempenho líder para cargas de trabalho intensas inclusive alto
desempenho e computação técnica, oferecendo também excelente desempenho
para rede de ponta, e aplicativos de segurança e engenharia de software.
Otimizado para servidores e workstations DP, o processador Itanium 2 de 1,60
GHz com cache L3 de 3MB oferece uma significante vantagem no
preço/desempenho quando comparado às plataformas baseadas em RISC,
oferecendo $/FLOPS líderes na indústria.
As plataformas baseadas no Itanium 2 de baixo consumo oferecem um notado
menor consumo para melhor densidade de computação, tornando-as ideais para
configurações de alta densidade em montagem de rack e blade em ambientes de
centro de dados, inclusive servidores de nível inicial e workstations rodando em
rede de ponta, e aplicativos de segurança e engenharia de software.
A microarquitetura do Itanium 2 oferece rápido acesso ao cache integrado, alta
largura de banda do processador à memória e significantes recursos de execução
que aumentam a instrução e a saída.
O processador Itanium 2 de 1,60 GHz com cache L3 de 3MB oferece desempenho
líder para cargas de trabalho intensas inclusive alto desempenho e computação
técnica, oferecendo também excelente desempenho para rede de ponta, e
aplicativos de segurança e engenharia de software. Otimizado para servidores e
workstations DP, o processador Itanium 2 de 1,60 GHz com cache L3 de 3 MB
oferece uma significante vantagem de desempenho quando comparado às
plataformas baseadas em RISC.
O processador Itanium 2 de 1,40 GHz com cache L3 de 3 MB oferece
preço/desempenho líder para cargas de trabalho intensas inclusive alto
desempenho e computação técnica, oferecendo também excelente desempenho
para rede de ponta, e aplicativos de segurança e engenharia de software.
Otimizado para servidores e workstations DP, o processador Itanium 2 de 1,40
GHz com cache L3 de 3 MB oferece uma significante vantagem no
preço/desempenho quando comparado às plataformas baseadas em RISC,
oferecendo $/FLOPS líderes no setor.
Aplicativos de software IA-32
14

Todos os sistemas baseados no Itanium® 2 suportam aplicativos de software IA-
32 para oferecer maior flexibilidade na migração para a arquitetura Itanium®. A
Intel oferece agora uma tecnologia denominada IA-32 Execution Layer (EL), que
aperfeiçoa o suporte aos aplicativos IA-32. A IA-32 EL é atualmente suportada
pelo sistema operacional Microsoft Windows Server 2003. É esperado que outros
sistemas operacionais líderes também a suportem até o final do ano.
AMD ATLOM MP
O Athlon MP é o primeiro processador da AMD capaz de trabalhar com
multiprocessamento (SMP), isto é, ter mais de um processador no mesmo micro.
Até pouco tempo atrás, esse terreno era exclusividade da Intel e de outros
fabricantes de processadores exclusivos para servidores (como o Alpha).
Para ter mais de um processador no mesmo micro a placa-mãe obviamente
precisa ser especial, isto é, ter dois soquetes para você conseguir instalar dois
processadores. O primeiro chipset capaz de reconhecer dois processadores
lançado no mercado é o AMD 760MPX
È importante salientar que existem outros produtos no mercado, cobrimos aqui
apenas os processadores mais utilizados.
Multiprocessamento
Desde a criação do primeiro computador (ábaco chinês, calculadora mecânica de
Pascal ou a máquina diferencial de Babbage. Há divergências entre autores), os
grandes avanços ocorreram no século XX, em geral sempre em termos de
tecnologia, não de arquitetura. Até hoje nossos computadores seguem a
Arquitetura de Von Newmann, desenvolvida em 1952.
Pensando nos computadores que temos em casa, podemos dividí-los em quatro
elementos básicos: a CPU, a memória, os dados e as instruções (ou programas).
Os postulados de Von Newmann são:
Um único controle centralizado (uma só CPU);
Uma única memória para dados e instruções; e
As instruções devem fazer operações elementares sobre os dados.
A Arquitetura de Von Newmann, também conhecida como “Serial”, encontra-se no
limite físico de seu desenvolvimento. O tempo que um sinal elétrico gasta para
trafegar entre dois pontos de um circuito eletrônico é muito pequeno, porém não é
igual a zero. O que significa em termos práticos que há limitações de velocidade
de clock para CPUs. Também as modernas técnicas de fabricação de chips
parecem ter alcançado o limite para a tecnologia atual. Novos barramentos, leitura
na subida e descida do clock, aumento do cache interno, novos barramentos para
periféricos, tudo está sendo tentado para não “fugir” à lei de Moore, ou seja, para
que o poder de processamento dobre à cada seis meses.
Comparemos o processador ao cérebro humano. Estudos já demonstraram
que o sinal elétrico trafegando por dentro de um CI é muito mais veloz que o
trânsito de impulsos nervosos entre nossos neurônios. Sabemos que o
15

computador é muito mais rápido que o cérebro humano para operações
numéricas, comparação ou classificação, mas para as outras atividades, o cérebro
humano continua imbatível. O que o nosso cérebro faz que os computadores
ainda não fazem? Basicamente temos bilhões de neurônios operando em paralelo.
Dessa linha de raciocínio surgiu o princípio da computação em paralelo. Por quê,
ao invés de construirmos CPUs mais velozes e complexas, não utilizamos várias
CPUs simples e confiáveis, operando em paralelo?
Abre-se, portanto, o horizonte para duas soluções para o mesmo problema.
Como aumentar o poder de processamento dos computadores? Aumentando a
complexidade de soluções tecnológicas dentro de uma já “arcaica” arquitetura ou
quebrando o paradigma com uma nova proposta de arquitetura? Essa é a reposta
que o mercado nos dará em breve. Contornar os problemas tecnológicos ou partir
de uma base nova de pensamento. Como a primeira solução vem sendo discutida
já faz algum tempo, lançaremos nossa viagem futurística para essa nova
abordagem que propõe ganhos de “escala” em termos de processamento muito
maiores, o processamento em paralelo. O que é o processamento paralelo? É o
que veremos a seguir.
PROCESSAMENTO PARALELO
Consiste em dividir uma tarefa em suas partes independentes e na execução de
cada uma destas partes em diferentes processadores. Parece simples, mas não é.
Como usar vários processadores e controlá-los de forma a que cheguem a
determinado resultado?
Façamos analogia com a construção de uma casa. Se um pedreiro constrói
uma casa em um ano, então dois pedreiros constróem a mesma casa em meio
ano. Esse é o princípio do processamento em paralelo: a divisão de tarefas. Mas,
e se tivéssemos 100 pedreiros? Será que teríamos uma casa em 3,6 dias?
Temos então outro ponto importante, o balanceamento de carga. Ou cada
um faz 1/100 da casa ou usamos a especialização, alguns pedreiros preparam o
concreto, outros assentam tijolos, etc. Já pensou o que seria termos 100 pedreiros
para assentar uma porta?
Desse exemplo simples podemos distinguir alguns problemas. Até quanto
podemos paralelizar uma tarefa e quantos processadores devem ser alocados?
Como sincronizar esses processadores de forma a que um não repita o trabalho
do outro e como promover o balanceamento de carga? Não é difícil construir um
hardware para funcionar em paralelo, porém o software terá, necessariamente,
uma programação muito mais complicada. Tanto que alguns autores vêem nesse
mercado a oportunidade para programadores que conseguem paralelizar
algorítmos.
ARQUITETURA DE FLYNN
Classificação de computadores paralelos
16

A classificação de Flynn é a mais aceita nesse momento e baseia-se em dois
conceitos: fluxo de instruções e fluxo de dados. O fluxo de instruções está
relacionado com o programa que o processador executa enquanto que o fluxo de
dados está relacionado com os operandos manipulados por essas instruções.
Tomando o fluxo de dados e o fluxo de instruções com suas possibilidades
independentes, isto é, único ou múltiplo (serial ou paralelo) teríamos quatro
combinações:
SISD (Single Instruction Single Data)
Essa arquitetura é a atual, como proposta por Von Newmann. Um único fluxo de
instruções operando sobre um único dado por vez.
SIMD (Single Instruction Multiple Data)
Nessa arquitetura, também conhecida domo computação vetorial ou array, uma
única instrução é passada ao mesmo tempo para os vários processadores, que
executam a mesma instrução em um dado diferente. Um exemplo simples é o
conjunto de instruções MMX. Aliás, diga-se de passagem, a Intel abriu o mercado
de processadores para servidores com o lançamento do Pentium Pró com
instruções MMX, em 1995 .
MISD (Multiple Instruction Single Data)
Essa arquitetura é conhecida como pipeline ou linha de produção. Fazendo
analogia com uma linha de montagem de automóveis, 1 carro demora seis horas
para ser montado, com a tarefa sendo dividida em doze equipes, cada uma
gastando meia hora. O que temos são doze equipes trabalhando
simultaneamente, o que faz com que cada carro seja montado em meia hora, pois
a primeira equipe não precisa esperar que o carro passe pela última para começar
a montar o próximo carro.
MIMD (Multiple Instruction Multiple Data)
Essa é a arquitetura mais complexa. É necessário que os processadores
comuniquem-se entre si para fazer a sincronização e trocar informações. Além
disso, é necessário ter uma memória global onde todos os processadores possam
disponibilizar os resultados intermediários para os demais. Para evitar uma
quantidade excessiva de acessos à essa memória, os processadores possuem a
chamada memória loca, onde está a maioria das suas instruções e dados que
devem ser operados.
Ganho de Velocidade
Idealmente o Ganho de Velocidade deveria ser igual à quantidade de
processadores, o que não ocorre na prática. Quando se escreve um programa
para rodar em máquinas paralelas (isso mesmo! A programação é diferente!),
deve-se colocar trechos extras de programa para a sincronização dos diversos
processadores e a troca de informações. Esses trechos extra têm até nome: custo
de paralelização.
17

O ganho é dados pela expressão:
GV=Tempo de Execução em Computador Serial/Tempo de Execução em
Computador Paralelo;
GV=Ts/Tp.
Podemos encontrar então quatro situações.
Quando o aumento do número de processadores traz igual aumento de
desempenho;
Quando o aumento no número de processadores traz ganho inferior à quantidade
aumentada;
Quando o aumento no número de processadores não melhora o desempenho
(saturação); ou
Quando o aumento no número de processadores ocasiona perda no desempenho.
Assim, um tópico interessante é determinar qual a quantidade ótima de
processadores para uma determinada tarefa. Não fosse a utilização de um
algoritmo de especulação, os programadores teriam de se preocupar em explicitar
o paralelismo de seus programas. Estamos falando da máquina virtual Java,
solução desenvolvida pela Sun. A máquina virtual examina o programa e especula
se dois métodos podem rodar em dois processadores, despachando-os ao mesmo
tempo. Assim, ela envia os dois métodos para os dois processadores distintos,
sendo que um deles (o segundo) rodará em separado, usando o que se chama de
espaço de memória especulativa. Ao término do processamento, se tudo correu
bem e não houve violação de dependência de dados, a área especulativa
incorpora-se à memória principal e o programa segue adiante. No entanto, se
houver dependência entre os dados, o segundo processo é inutilizado e sua
memória descartada.
TIPOS DE PROCESSAMENTO PARALELO
Processamento paralelo com Swar (Simd Within a Register)
Caso específico onde é possível utilizar o processamento paralelo em máquinas
com um único processador. Basicamente utilizam-se as instruções MMX para
realizar tarefas em paralelo. Requer programação de baixo nível. O ganho de
processamento, no entanto, é muito reduzido em relação ao esforço de
programação.
Processamento paralelo com SMP (Symetric Multi Processor)
Mais de um processador com as mesmas características. São processadores que
trabalham conjuntamente, qualquer um executando qualquer parte do programa,
18

compartilhando o mesmo BUS e a mesma memória. É o que apresenta melhor
relação custo/benefício, mas também tem suas limitações:
1. nenhum poderá acessar diretamente a memória ou o mesmo dispositivo de
entrada/saída ao mesmo tempo;
2. escalabilidade prejudicada pela limitação física de slots para as CPUs, o que
depende de cada placa-mãe.
Os sistemas SMP requerem alguma forma de memória compartilhada e caches de
instrução locais, mas, mais importante, aplicações escritas de maneira a poder
tirar proveito do paralelismo e sistema operacional que reconheça mais de um
processador. Hoje todos os SO dedicados a servidores suportam SMP. Ao se
instalar Win9x ou MacOS em uma máquina multiprocessada, apenas um
processador será reconhecido.
Processamento paralelo com AMP (Assymetric Multi Processor)
Uma CPU principal mantém o controle total sobre os outros computadores e
processadores.
Processamento paralelo com cluster Beowulf
O projeto pioneiro em cluster de computadores foi desenvolvido no CESDIS
(Center of Excellence in Space Data and Information Sciences) em 1994. Contava
com 16 máquinas rodando GNU/LINUX. O nome dado ao primeiro cluster foi
BEOWULF.
O princípio de funcionamento é simples. O servidor divide as tarefas em
suas partes independentes (ditas concorrentes), a seguir, distribui estas tarefas
entre os vários computadores que fazem parte do cluster. As tarefas são
processadas e os resultados enviados ao servidor.
Estamos falando de um conjunto de computadores (sem teclado, monitor e
mouse) conectados em rede para processamento paralelo (uso exclusivo), o que
requer o uso de componentes de software para a distribuição e gerenciamento do
processo (no caso, a biblioteca de mensagens como PVM ou MPI).
Processamento paralelo com cluster de estações de trabalho
Um cluster de desktops é um conjunto de computadores completos (com teclado,
monitor e mouse), conectados em rede, e que cumprem duas funções: 1) o uso
diário, com diversos tipos de programas como processadores de texto e planilhas,
2) o uso para processamento paralelo no final do expediente ou nos fins de
semana.
Processamento paralelo em um cluster com MOSIX
19

O MOSIX é um adendo ao kernel do GNU/LINUX que permite a computação em
cluster e que tem como características:
Balanceamento dinâmico e inteligente de carga, uso com cluster heterogêneo,
transparência, escalabilidade, descentralização e autonomia dos nós.
O trabalho adicional fica por conta da recompilação do kernel com a inclusão do
Mosix.
20

Tendências
Os sinais do mercado apontam para uma utilização cada vez maior do
processamento paralelo. O poder de processamento deixa de estar ligado ao clock
da CPU e passa a depender da quantidade de processadores que, em conjunto,
resolvem um determinado problema. Por outro lado, o processamento paralelo
exige cada vez mais compiladores sofisticados, que já era importante para as
máquinas RISC e que agora tornam-se imprescindíveis para o ganho no
desempenho (algoritmo de especulação e execução paralela).
21

Conclusão
Procuramos com este trabalho fazer uma breve abordagem na área de placas
mãe mltiprocessadoras e para servidores mostrando as novas tecnologias
emergentes no mercado, assim como novas tendências para o futuro da estrutura
das placas mãe.
Concluímos que podemos encontrar uma vasta gama de placas mãe para
servidores e multiprocessamento.. Para facilitar a escolha podemos analisar o
chipset utilizado na placa-mãe escolhida., pois é esse componente que determina
os recursos que a placa mãe pode oferecer. Também não podemos nos esquecer
da finalidade do equipamento e do orçamento disponível. Um bom equipamento
deve satisfazer as necessidades técnicas, sem contudo representar um custo
demasiadamente alto. É claro que o custo final do equipamento será proporcional
aos requisitos de segurança desejados.
Quando começamos a fazer este trabalho não imaginamos que encontraríamos
um divisor de águas, uma nova tendência para o uso do multiprocessamento,
imaginamos nossos futuros computadores pessoais com dois, talvez quatro
processadores, realmente quebrando paradigmas na area da arquitetura de
computadores.
Por fim, gostaríamos de encerrar o trabalho afirmando que na area de informática,
o mais importante para ser um bom profissional é estar sempre atento para as
mudanças do mercado, analisando calmamente as tendências e procurando, o
máximo possível, se manter atualizado em relação a tecnologia.
22

Bibliografia e Referências
WWW.intel.com.br
http://www.tyan.com
Fed97] Fedorov, Dima - PROCESSADORES DA FAMÍLIA INTEL,
http://gate.cpmet.ufpel.tche.br/dima/books/intel/
[Wha99] What is... SMP (symmetric multiprocessing),
http://members.tripod.com/lanceng/networking/smp.html
[Int99] Intel Corporation – Multi processamento Simétrico,
http://www.intel.it/portugues/business/latin_am/ia_chan/micinfo/smpserv.htm
[Tre99] Trezentos, Paulo - SMP- Symmetric Multi-processor,
http://vitara.adetti.iscte.pt/docs/relat1/node8.html#SECTION000431000000000000
00
http://www.intel.com/portugues/business/latin_am/ia_chan/micinfo/smpserv.htm
BUENO, A.D. Introdução ao Processamento Paralelo e ao Uso de Custers de
Workstations em Sistemas GNU/LINUX. Parte I: Filosofia. Laboratório de Meios
Porosos e Propriedades Termofísicas – LMPT, Versão 0.5. 12/11/2002.
BUENO, A.D. Introdução ao Processamento Paralelo e ao Uso de Custers de
Workstations em Sistemas GNU/LINUX. Parte II: Processos e Threads.
Laboratório de Meios Porosos e Propriedades Termofísicas – LMPT, Versão 0.2.
12/11/2002.
BINSTOCK, Andrew. Multiprocessors, Clusters, Grids, and Parallel Computing:
What's the Difference? http://www.intel.com/cd/ids/developer/asmona/eng/95581.htm?prn=Y.
INTEL. Multiprocessing and Multithreading. Current Implementations at the
Processor Level. 0201/ST/OC/PDF.
23

ZELENOVSKY,Ricardo e MENDONÇA, Alexandre. Processadores para o próximo
milênio. Parte I.
http://www.clubedohardware.com.br/milenio1.html.
ZELENOVSKY,Ricardo e MENDONÇA, Alexandre. Processadores para o próximo
milênio. Parte II
http://www.clubedohardware.com.br/milenio2.html.
ZELENOVSKY,Ricardo e MENDONÇA, Alexandre. Processadores para o próximo
milênio. Parte III
http://www.clubedohardware.com.br/milenio3.html.
ZELENOVSKY,Ricardo e MENDONÇA, Alexandre. Processadores para o próximo
milênio. Parte IV
http://www.clubedohardware.com.br/milenio4.html.
D’ugo, Felipe
Dossiê Hardware / Felipe D’ugo, Roberto Cardinale;
Digerati Books – São Paulo
Revista PCs – Edição 50 – Julho de 2004
24