aula 03 memÓrias, processadores e i/o

127
IMC Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 1

Upload: others

Post on 24-Jul-2022

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

IMC

Aula 03

MEMÓRIAS, PROCESSADORES E

I/O25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 1

Page 2: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Cartão Perfurado

Uma das primeiras formas de armazenardados nesse universo foi com cartõesperfurados, criados em 1725 por BasileBouchon e aperfeiçoados por HermanHollerith.

Os cartões perfurados armazenaminformações simples por meio de buracosestrategicamente posicionados.

Quando interpretados por uma máquina,esses furos são decodificados em dados;

Essa tecnologia foi usada até meados doséculo XX,

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 2

Page 3: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Cartões Perfurados

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 3

Page 4: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Fita Magnética

Surgiu já no início dos anos 50;

Era uma fita plástica coberta com óxidomagnético, capaz de armazenarinformações;

As fitas magnéticas, precursoras das fitascassete, foram responsáveis por umagrande revolução na indústriafonográfica.

O primeiro computador a utilizar asfitas, o UNIVAC.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 4

Page 5: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Fita Magnética

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 5

Page 6: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Disquetes

Os primeiros modelos de disquetessurgiram nos anos 70;

Eram muito frágeis e os dados seperdiam com facilidade, especialmentepela construção maleável dos disquetes,que facilitavam a ruptura dosfilamentos magnéticos quearmazenavam as informações.

Existiam versões com capacidade de 1,2MB e 1.44MB.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 6

Page 7: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Disquetes

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 7

Page 8: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Semicondutora

Décadas de 50 e 60

Memória magnética

Cara, volumosa e destrutiva

Década de 70

Primeira memória semicondutora

256 bits

Gerações

1K, 4K, 16K, 64K, 1M, 4M, 16M, 64M,256M, 1G, 4G, 16G em um único chip

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 8

Page 9: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória RAM

As memórias RAM são responsáveis porarmazenar as informações que estão emuso no computador, fazendo com que oacesso aos dados seja mais rápido.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 9

Page 10: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Encapsulamento e instalação da DRAM

Até o final dos anos 80, a memóriaDRAM era feita com o encapsulamentoDIP, que tinha que ser encaixada naplaca-mãe. Logo depois surgiu oencapsulamento SIPP, que deu lugar,por sua vez, ao encapsulamento SIMM.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 10

Page 11: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Encapsulamento e instalação da DRAM

O SIMM surgiu por volta de1992 e, atéhoje, os chips de memória quecompõem as placas adaptadoras são dotipo DIP (Dual In-Line Package).

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 11

Page 12: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Encapsulamento e instalação da DRAM

Entre 1992 e 1994, usou-se muito osmódulos de memória SIMM pequenos, de30 pinos.

Operam com 8 bits cada um.

Os módulos 30 pinos conseguiam comporno máximo 4MB em um único módulo.

Para completar um banco de memórianum 80386, eram necessários 4 dessesmódulos, pois 4 x 8 bits significa 32 bits,o suficiente para um 80386 ou 80486.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 12

Page 13: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Encapsulamento e instalação da DRAM

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 13

Page 14: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Encapsulamento e instalação da DRAM

Mais tarde, surgiram os módulos SIMMde memória de 72 vias, operando a 32bits, que os últimos 486 fabricadosusavam muito, também, algumas vezes,em conjunto com os de 30 vias. Essesmódulos de memória de 72 vias podemter até 32MB e um único módulo.Como esses módulos são de 32 bits,para poder completar um banco numPentium, que é de 64 bits, sãonecessários 2 módulos.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 14

Page 15: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Encapsulamento e instalação da DRAM

Em 1997 surgiram as memórias noencapsulamento DIMM (Dual In-LineMemory Module), que é uma módulode memória com um encaixe igual aodo SIMM, mas que é de 168 pinos,praticamente o dobro do tamanho deum SIMM. Essa memória é de 64 bits.Assim, para um Pentium, basta umdesses módulos de memória parafuncionar.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 15

Page 16: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Encapsulamento e instalação da DRAM

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 16

Page 17: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

DDR

Tipo de memória, atualmente, nasmemórias mais recentes existem o DDR,DDR2 e DDR3, sendo o ultimo tipo, omais recente, portanto o mais rápido.

A capacidade é o tamanho dearmazenamento que a memória podeter, atualmente: 512MB, 1Gb, 2Gb,4GB e 8Gb.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 17

Page 18: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

DDR

double data rate, ou dupla taxa detransferência. Quando o padrão DDRsurgiu dobrou a taxa de transferência dedados de então. Depois do DDR, vieram oDDR 2 e o atual DDR 3 - cada númeroindica que houve a multiplicação pordois da taxa de transferência em relaçãoà geração anterior. Memória com padrãoDDR 4 já é uma realidade.

Exemplos: DDR-400, DDR2-667, DDR3-1600,

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 18

Page 19: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

DDR

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 19

Page 20: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

DDR2

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 20

Page 21: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

DDR3

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 21

Page 22: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Velocidade da RAM

A eficiência da memória RAM está ligadaà quantidade de dados que ela consegueenviar para o processador: quanto maisdados, num menor espaço de tempo,melhor.

Essa velocidade tem a ver com a frequência(quanto maior a frequência, mas vezes amemória está enviando dados), e tem aver com largura de banda - ou seja,quantos dados é possível transmitir deuma só vez.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 22

Page 23: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Velocidade das memórias

Velocidade, ou frequência: quanto maiorfor a velocidade (medida em Mhz –Mega Hertz) maior será o desempenho,no entanto, é o principal fator queorigina incompatibilidade quando sefaz upgrade, como já dissemos deve sersempre igual à que lá está e tambémdeve obedecer aos requisitos damotherboard.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 23

Page 24: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Dual Channel

Apesar da evolução do padrão DDR, asmemórias ainda não conseguem atingira mesma velocidade do processador.Para tentar diminuir essa distância oscomputadores mais modernos lançammão do recurso Dual Channel, oucanal duplo.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 24

Page 25: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

O que é o Dual Channel?

O Dual Channel permite ao processadorcomunicar em simultâneo com duasmemórias, tornando assim o processo detransferência e processamento de dadosmais rápido. Existe também o TripleChannel, cujo o principio defuncionamento é igual mas com trêsmemórias, mas existe apenas nasmotherboards mais recentes.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 25

Page 26: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

O que é o Dual Channel?

Se um computador com quatro pentes dememória, por exemplo, o controladororganiza a atividade das memóriaspara que as informações de dois pentessejam transmitidas de uma só vez parao resto do computador, enquanto osoutros dois pentes estão recebendoinformações que vêm da máquina. Comisso, é possível dobrar a capacidade dospentes.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 26

Page 27: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

O que é o Dual Channel?

Por isso é importante que os pentes sejamidênticos. Já há placas que trabalhacom Triple Channel, ou canal triplo.Nesse caso, sempre são necessáriosmúltiplos de 3 para os pentes dememória. São máquinas quetrabalham com 3, 6 ou 9 slots, porexemplo.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 27

Page 28: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Front Side Bus (FSB)

Os Barramentos de comunicação sãoresponsáveis por transmitir dados entredispositivos de hardware. Entre osvários barramentos existentes no PC, omais importante é o Front Side Bus(FSB), efetuando a comunicação entre aCPU e memória, incluindo outrosdispositivos.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 28

Page 29: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Front Side Bus (FSB)

Por isso, é muito importante que o FSBseja rápido o suficiente, caso contrário,muito da capacidade do CPU e damemória é esperdiçada na prática.Durante essa matéria, vários casos irãoexemplificar como o FSB poderealmente limitar o desempenho dosistema de forma geral.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 29

Page 30: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Slot para as memórias

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 30

Page 31: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Slot para as memórias

Os soquetes de memória são numerados:1, 2 e 3.

Instale memória primeiro no 1, depoisno 2, depois no 3.

Normalmente não é permitido deixaro 1 vazio e instalar memórias no 2e/ou 3.

O 1 pode ser o mais próximo doprocessador, mas nem sempre, às vezeso 1 é o mais distante.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 31

Page 32: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Slot para as memórias

É preciso respeitar a ordem dainstalação dos módulos de memória. Seinstalarmos, por exemplo, um módulode memória no soquete 2, deixando osoquete 1 vazio, é possível que ocomputador não funcione, mas issodepende muito da placa de CPU emquestão. Para não ter problemas, é bomsempre começar pelo soquete 1.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 32

Page 33: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Slot para as memórias

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 33

Page 34: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Slot para as memórias

Os módulos de memória possuempequenos cortes (chanfros) que sealinham em saliências existentes nosoquete. Os chanfros servem paraalinhar corretamente o módulo sobre osoquete. Eles impedem que o móduloseja encaixado na posição invertida.Também impedem que o tipo dememória errado seja instalado, poiscada tipo possui chanfros diferentes

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 34

Page 35: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Slot para as memórias

Observe sempre a posição dos chanfrosantes de encaixar um módulo dememória.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 35

Page 36: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Slot para as memórias

Os tipos mais comuns de memória são:

SDRAM: seu módulo é chamadoDIMM/168. Note que possui doischanfros na parte inferior, e umchanfro em cada lateral.

DDR: seu módulo é chamadoDIMM/184. Possui um chanfro naparte inferior e dois chanfros em cadalateral.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 36

Page 37: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Slot para as memórias

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 37

Page 38: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Conectando o módulo

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 38

Page 39: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Conectando o módulo

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 39

Page 40: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memórias Cache e Memória Virtual

Memória Cache;

L1;

L2;

L3;

Memória Virtual;

Page file;

Swapping.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 40

Page 41: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memórias Cache

A memória do computador estáorganizada em uma hierarquia;

As mais rápidas estão fisicamentecolocadas mais próximas do processador:

registradores;

cache;

L1, L2 ou L3, respectivamente, maisrápidas;

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 41

Page 42: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Memória Cache:

é um dispositivo de armazenamento e deacesso rápido;

serve de intermediário entre o executor eum outro dispositivo;

um bloco de memória para armazenamentotemporário;

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 42

Page 43: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

No processador o principal objetivo deuma cache é acelerar a execução deuma tarefa.

A utilização de uma cache consiste emevitar o acesso ao dispositivo dearmazenamento que é mais lento,armazenando cópia dos dados emmeios de acesso mais rápido.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 43

Page 44: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

A necessidade e com o avanço tecnológicovários tipos de cache foram criadas:

processadores;

discos rígidos.

Por ser mais caro, o recurso mais rápidonão pode ser usado para armazenartodas as informações.

Sendo assim, usa-se a cache paraarmazenar apenas as informações maisfrequentemente utilizadas.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 44

Page 45: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 45

Memórias Cache

Page 46: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Lógica de uso da cache:

se a cache possuir capacidade dearmazenamento limitada (custo), e se nãohouver mais espaço para armazenar onovo dado, é necessário liberar espaço;

a forma utilizada para selecionar oelemento a ser retirado é chamada depolítica de troca (replacement policy).

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 46

Page 47: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Lógica de uso da cache:

uma política de troca muito popular é aLRU (least recently used), que significaalgo como “elemento recentemente menosusado”;

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 47

Page 48: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Lógica de uso da cache:

Como funciona no processador:

quando o processador necessita de um dado,e este não está presente na cache, ele teráde realizar a busca diretamente namemória RAM, utilizando wait states.

Como provavelmente será requisitadonovamente (localidade temporal) o dadoque foi buscado na RAM é copiado nacache.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 48

Page 49: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Cache em níveis (processador):

com a evolução na velocidade dosprocessadores, e devido ao alto custo deprodução a cache foi dividido em níveis:

Níveis de cache

De acordo com a proximidade doprocessador são atribuídos níveis de cache.Assim, a memória cache mais próxima daUCP recebe o nome de cache L1 (do inglês"level 1" ou nível 1). Se houver outrocache mais distante da CPU este receberá onome de cache L2 e assim por diante.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 49

Page 50: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Cache em níveis (processador):

Cache L1:

uma pequena porção de memóriaestática (SRAM) presente dentro doprocessador;

dividido em cache de: dados einstruções

geralmente tem entre 16KB e 128KB;

os acessos nesse nível são feitos navelocidade do clock do processador(~10 nano segundos).25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 50

Page 51: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 51

Page 52: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Cache em níveis (processador):

Cache L2:

objetivo de complementar o cache L1,devido ao seu tamanho reduzido;

proporciona maior rendimento aoprocessador, mesmo que ele tenha umclock baixo;

acesso em torno de 20 a 30 nanosegundos;

Geralmente tem entre 128 a 512KB;25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 52

Page 53: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Cache em níveis (processador):

Cache L3:

objetivo de complementar o cache L2;

mais lenta do que o cache L1 e L2;

custo de produção menor;

inicialmente implementado pela AMD;

maior capacidade de armazenamento, entre~1 a ~4MBs ou superior.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 53

Page 54: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Tempos de acesso médio:

memória principal (RAM): em torno de 60nano segundos;

memória secundária (HD): mecânica, lenta(cerca de 12 milisegundos.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 54

Page 55: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Exemplo de outro dispositivo que usacache:

o cache de disco HD

uma pequena quantidade de memóriaincluída na placa lógica.

Como exemplo, a unidade Samsung de 160GB tem 8 MBytes de cache.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 55

Page 56: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Cache

Em resumo:

o processador acessa à memória RAM em~60 nano segundos (60 bilionésimos deum segundo). Pode parecer rápido, mas émuito lento para um processador. Osprocessadores podem ter tempos de ciclo de2 nano segundos.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 56

Page 57: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

Memória virtual, é uma técnica que usaa memória secundária como umaextensão da memória principal;

A memória virtual consiste em recursosde hardware e software com trêsfunções básicas:

realocação;

proteção;

paginação ou troca.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 57

Page 58: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

realocação (ou recolocação), paraassegurar que cada processo (aplicação)tenha o seu próprio espaço deendereçamento, começando em zero;

proteção, para impedir que um processoutilize um endereço de memória quenão lhe pertença;

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 58

Page 59: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

paginação (paging) ou troca (swapping),que possibilita a uma aplicaçãoutilizar mais memória do que afisicamente existente (essa é a funçãomais conhecida).

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 59

Page 60: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

O acesso ao HD é mais lento do que o damemória RAM, então, o acesso amemória virtual será mais lento.

Os computadores atuais usam memóriavirtual para executar das maissimples, as mais complexas aplicações,tais como processadores de texto, folhasde cálculo, jogos, leitores multimídia,etc.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 60

Page 61: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 61

Page 62: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

Funcionamento:

Linux em 32 bits

chamada de “swap”

na arquitetura x86 de 32 bits, oLinux pode endereçar até 4 GB dememória virtual;

dimensionada na instalação e somentepoderá ser redimensionada se forreparticionada;

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 62

Page 63: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

Funcionamento:

Windows em 32 bits

analogamente ao Linux, as versões atuais doWindows de 32 bits usam um espaço deendereçamento de 4 GB;

diferentemente do Linux, o Windows usaapenas arquivos para paginação (pagingfiles). Podendo usar até 16 desses arquivos,e cada um pode ocupar até 4GBs de espaçoem disco;

o arquivo de paginação usa a extensão“*.swp” .

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 63

Page 64: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

Funcionamento:

Em ambos os caso o espaço é dividido emdois:

o espaço do núcleo (kernel space); e

o espaço do usuário (user space).

No primeiro caso o espaço é usado paraarmazenar informações da própriamemória virtual, já no segundo caso osdados do programa em execução.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 64

Page 65: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

É recomendado dimensionar a memóriavirtual entre 2x ou 3x em relação aotamanho da memória RAM.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 65

Page 66: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

Em resumo:

A memória virtual foi inicialmente criadapara proporcionar maior extensão damemória principal. Exemplo: umprograma que ocupa um total de 64 MBspode ser executado em um computadorcom apenas 32 MBs de memória principaldisponível.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 66

Page 67: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

Memória Cache vs. Memória Virtual:

Memória Cache:

totalmente implementada em hardware;

transparente para o software;

envolve uma tradução de endereços;

os dados do cache são apenas uma cópia damemória principal;

o objetivo é reduzir o tempo de acesso àmemória

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 67

Page 68: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

Memória Cache vs. Memória Virtual:

Memória virtual:

implementada pelo S. O;

requer suporte do hardware;

envolve uma tradução de endereços;

o objetivo é aumentar a memóriavisível pelos programas.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 68

Page 69: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 69

Page 70: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 70

Page 71: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 71

Page 72: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 72

Page 73: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Memória Virtual

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 73

Page 74: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Processadores:

Processador ou microprocessador ou UCPou ainda CPU:

São circuitos integrados programáveis capazesde manipular e processar dados;

Um dispositivo de uso geral e programável;

Responsável por realizar as funções de cálculoe tomada de decisão de um computador.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 74

PROCESSADOR

Page 75: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

•O processador é o cérebro do micro;

•Processa a maior parte das informações;

•É um circuito integrado que realiza asfunções de cálculo e tomada de decisão deum computador;

•É o componente mais complexo do micro;

•É o componente mais importante do micro;

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 75

Page 76: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Um processador visto de cima (esquerda) e de baixo (direita).

PROCESSADOR

Todos os computadores baseiam-se nele paraexecutar alguma função;

Aceita dados digitais como entrada,processa-os, e fornece resultados comosaída.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 76

Page 77: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

Processador internamente

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 77

Page 78: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Processador

Processadores:

Microprocessador:

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 78

Page 79: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 79

Novas tecnologias

Processadores com dois ou mais núcleos

Page 80: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Uma placa mãe com o

soquete do processador

indicado pela seta de cor

vermelha.

SOQUETE DO PROCESSADOR

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 80

Page 81: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Uma placa mãe de um

notebook com o soquete

do processador indicado

pela seta de cor roxa.

SOQUETE DO PROCESSADOR

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 81

Page 82: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

Subdividido em:

ULA (Unidade Lógica e Aritmética):responsável por executar os programas,instruções lógicas, matemáticas, desvio,entre outras.

UC (Unidade de Controle): realiza a tarefade controle das ações a serem realizadaspelo computador;

Registradores: pequenas memórias quearmazenam instruções ou valores que sãoutilizados pelo processador.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 82

Page 83: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Estrutura Básica:

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 83

PROCESSADOR

Page 84: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Os principais componentes responsáveis pela

“velocidade” de um processador são:

• Clock;

• Largura dos barramentos;

• Memória Cache;

• Arquitetura do processador;

• Tecnologia de coprocessamento;

• Tecnologia de pipeline;

• Conjunto de instruções.

VELOCIDADE DO PROCESADOR

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 84

Page 85: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

RELÓGIO (CLOCK)

• É UM CIRCUITO GERADOR DE PULSOS QUEDITAM O TEMPO E SINCRONIZAM UMPROCESSADOR;

• SUA UNIDADE É CICLOS POR SEGUNDO OUHERTZ;

• NÃO DEFINE EXCLUSIVAMENTE A“VELOCIDADE” DE UM PROCESSADOR;

• O AUMENTO DA FREQUÊNCIA DESSEDISPOSITIVO CARACTERIZA OOVERCLOCKING.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 85

Page 86: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

RELÓGIO (CLOCK)

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 86

1

0

Page 87: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

RELÓGIO (CLOCK)

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 87Transferindo mais de um dado por ciclo de clock.

Page 88: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

RELÓGIO (CLOCK)

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 88

Clock Externo e Interno

Clocks interno e externo em um Pentium 4 de 3,4 GHz.

Page 89: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

Processadores:

Trabalha em altas frequências;

Clock: indica o número de instruções quepodem ser executadas por segundo (ciclo);

Medida em Hz, sendo 1 KHz, mil ciclos porsegundo, 1 MHz corresponde a 1000 KHz e1 GHz a 1000 MHz.

Ex: Um processador de 800 MHz poderealizar aproximadamente 800 milhõesde instruções por segundo.

25/04/2016 89Prof. Dsc. Jean Galdino

Page 90: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

Processadores:

Clock interno: Frequência de operaçãointerna do processador;

Clock externo (FSB, do inglês Front SideBus): Frequência de operação externa,utilizada para comunicação entre oprocessador e a memória.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 90

Page 91: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

Ciclo de Execução:

Buscar: Busca uma instrução na memória ea coloca no processador;

Executar: Executa a operação indicada;

Interromper: Se uma interrupção ocorrer,antes da conclusão, salva o estado atual doprocesso e atenda a interrupção.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 91

Page 92: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

Processadores:

Multiplicador de Clock:

Permite que o processador trabalhe com oclock interno numa frequência maior doque a do clock externo.

Basicamente (não é só isso), o que determinase um processador é mais rápido que outroé a velocidade de execução, ou seja, seuclock.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 92

Page 93: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

PROCESSADOR

Processadores:

Principais fabricantes:

A maioria dos computadores existentes nomercado são equipados com processadoresIntel ou AMD;

Linhas de processadores:

Intel: Core, Pentium, Xeon, Celeron, Atomentre outros;

AMD: Turion, Sempron, K6, K7, Duron,Phenom, Athlon entre outros

25/04/2016 93Prof. Dsc. Jean Galdino

Page 94: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Processadores

A evolução dos computadores tem sidocaracterizada

pelo aumento na velocidade do processador;

Pela diminuição no tamanho dos componentes;

Aumento na capacidade de armazenamento dedados;

Aumento na velocidade dos componentes;

Verdadeiros ganhos devido a organização docomputador

Técnicas pipeline, execução paralela eespeculativa;

Manter o processador ocupado o máximo detempo.25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 94

Page 95: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Histórico do Processador

1971 – Intel desenvolve o 4004

Somar números de 4 bits;

Multiplicação por repetição de somas;

1972 – Desenvolvido o 8008

8 bits

8088 –

8 Bits e maior capacidade deendereçamento

Mais rápido

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 95

Page 96: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Lançado em 1970 pela

Intel, a CPU 4004 foi

feita para uma empresa

de calculadoras.

Histórico do Processador

Idealizado inicialmente por John Von Neumann em 1945;

Projeto chamado EDVAC, concluído em 1949.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 96

Page 97: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Processador

Processadores da década de 70 - 8086

16 bits

Processadores da década de 1980

80286, 80386, 80486

Processadores da década de 1990

Pentium (pro e II) III e 4

Anos 2000

Pentium III e 4, Core, Core 2 e Core 2 Quad

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 97

Page 98: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Uma evolução de

frequências de dezenas

de kHz a atuais 4GHz

em menos de 40 anos.

Histórico do Processador

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 98

Page 99: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

A Intel e a AMD se

destacaram ao longo dos

anos permanecendo

quase absolutas no

ramo.

Histórico do Processador

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 99

Page 100: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Histórico do Processador

Do ponto de vista de arquitetura e daorganização os computadores, os blocosbásicos são praticamente os mesmos docomputador IAS de 50 anos atrás, oque avança são as técnicas de espremerainda mais a última gota dedesempenho dos materiais.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 100

Page 101: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Histórico do Processador

Processadores:

Quadro de Evolução da Intel:

25/04/2016 101Prof. Dsc. Jean Galdino

Page 102: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

LINHA DE PROCESSADORES DA

INTEL

*4004 386286 - Cérebro Morto

Pentium486

Pentium ll Celeron

Pentium

PRO

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 102

Page 103: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Xeon

Pentium III

*

Pentium IV

Pentium D Core 2 Duo

LINHA DE PROCESSADORES DA

INTEL

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 103

Page 104: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

K6

286A

LINHA DE PROCESSADORES DA

AMD

386

586 K5

486

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 104

Page 105: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

K6-2

LINHA DE PROCESSADORES DA

AMD

K6-3

Sempron K7 / Athlon

Duron

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 105

Page 106: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Athlon 64

LINHA DE PROCESSADORES DA

AMD

Athlon 64 X2

Turion 64 X2

Turion 64

Opteron*25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 106

Page 107: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Técnicas embutidas nos Novos processadores

Previsão de desvio

Antecipação do código de instrução damemória;

Quais os seguintes, se acertar a maior parte dotempo mantém o processador ocupado;

Análise de fluxo de dados

Não segue a ordem natural do programa e simescalona as instruções de acordo com adependência de dados umas das outras;

Execução especulativas

Usando os dois anteriores executaantecipadamente

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 107

Page 108: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Melhorias na Arquitetura do CHIP

Aumentar a velocidade de Hardware

Porta lógicas menores, mais perto e maior clock;

Aumentar a velocidade e o tamanho dos caches;

Aumentar a velocidade das instruções (ex.Paralelismo).

Potência

Mais velocidade, mais integração, mais potência.

Atraso de RC

Velocidade limite para os elétrons entre ostransistores e limitada pelo R C dos fios que osinterligam.

Latência da memória – Limitam as velocidadesdo processadores.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 108

Page 109: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Novos processadores

A primeira geração de processadores duaisconsiste no AMD Athlon 64 X2 e nosprocessadores Intel Pentium D e PentiumExtreme Edition.

O Athlon 64 X2 é formado por umapastilha dupla de silício, contendo doisnúcleos de Athlon 64.

Processadores Pentium D e PentiumExtreme Edition são formados com amontagem de dois processadores Pentium4 no mesmo encapsulamento.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 109

Page 110: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Novos processadores

A principal diferença entre esses doismodelos da Intel é a tecnologia HT,presente no Pentium Extreme Edition eausente no Pentium D.

As novas gerações de processadores Intel eAMD incluem modelos de dois e dequatro núcleos (dual core e quad core).

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 110

Page 111: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Novos processadores

Os modelos da Intel para Desktop são:

Core 2 Duo

Core 2 Quad

Core 2 Extreme

Pentium Dual Core

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 111

Page 112: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Novos processadores

O principal processador desta geração é oCore 2 Duo, e dele derivam os demaismodelos. Por exemplo, o Pentium DualCore e o Celeron Dual Core são versõessimplificadas, contando com cacheL2menor, clocks menores e com algunsrecursos desativados, como a virtualização.Processadores Core 2 Quad são sempre dequatro núcleos, formados pela montagemde duas pastilhas de Core 2 Duo em um sóencapsulamento. Já os processadores Core 2Extreme podem ser de dois ou quatronúcleos.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 112

Page 113: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Novos processadores

Processadores da Intel e da AMD têmagora 6 núcleos. A AMD usaoficialmente o termo“six-core”, mas écomum encontrar entre os usuários,referências como “hexacore” ou “hex-core”, todas são aceitas.

Antes dos novos processadores, o modelomais avançado da AMD era o PhenomII X4 modelo 965, de 3,4 GHz.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 113

Page 114: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Novos processadores

Os novos modelos de 6 núcleos sãooferecidos com as velocidades de 2.8 e3.2 GHz, e trazem uma novidade, orecurso “Turbo Core”, em resposta aoTurbo Boost da Intel.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 114

Page 115: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Phenom

Processadores Phenom são baseados naarquitetura K10. A primeira versão doseu núcleo é chamada Barcelona. Sãoquatro núcleos em um único die. Cadanúcleo tem 128 kB de cache L1 e 512kB de cache L2 exclusiva. Uma cache L3de 2 MB está presente no chip, e écompartilhada entre os quatro núcleos.Ao todo são cerca de 460 milhões detransistores.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 115

Page 116: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Phenom

quatro núcleos operam com frequências evoltagens independentes. Durante umpico com carga máxima

de trabalho, os núcleos operam comfrequência e voltagens máximas, mas nosperíodos em que a carga máxima detrabalho não é exigida, os núcleospodem ter suas voltagens e frequênciasreduzidas de forma independente,resultando em redução no consumo deenergia e no aquecimento.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 116

Page 117: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Cache Phenom

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 117

Page 118: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Cache Phenom

A figura 2 mostra a estrutura interna doPhenom, destacando os núcleos e as suascaches. Cada núcleo tem à suadisposição caches L1 e L2 (128 kB e 512kB), além da cache L2 de 2 MBcompartilhada. O chip tem dois canaisde memória DDR2, suportandoDDR2/400, DDR2/533, DDR2/667,DDR2/800 e DDR2/1066

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 118

Page 119: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Phenom II X6 965 (3.4 GHz)

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 119

Page 120: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Phenom II X6 de 3.2 GHz

modelo HDT90ZFBK6DGR

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 120

Page 121: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Phenom II X6 de 3.2 GHz

No Phenom II X6 podemos identificarfacilmente os seis núcleos, cada umcom sua cache L2 de 512 MB e a cacheL3 de 6 MB, compartilhada entre osnúcleos.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 121

Errado Correto

Page 122: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

Potência

O modelo abaixo é umHDZ965FBK4DGM, que dissipa 125watts.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 122

Page 123: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

A nova arquitetura Ivy Bridge

A nova arquitetura Ivy Bridge.

Para se ter uma ideia de quão pequenosão os transistores de 22 nm dos novosprocessadores, um fio de cabelo humanopossui cerca de 60 mil nanômetros dediâmetro. A fabricação é possível com atecnologia 3D Tri-Gate, anunciada pelafabricante de Santa Clara em maio doano passado. O novo processo defabricação possibilita maior desempenhocom menor gasto de energia.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 123

Page 124: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

A nova arquitetura Ivy Bridge

Os novos integrantes :

• Core i7 Extreme: Core i7-3920XM

• Core i7 para notebooks: i7-3820QM, i7-3720QM, i7-3612QM, i7-3610QM

• Core i7 para desktops: i7-3770K, i7-3770

• Core i7 para desktops de baixo consumo:i7-3770T, i7-3770S

• Core i5: i5-3570K, i5-3550, i5-3450,i5-3550S, i5-3450S

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 124

Page 125: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

A nova arquiteturaIvy Bridge

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 125

Page 126: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

FX Vishera

Até 8 núcleos e 4,2 GHz

Modelo mais poderoso custa menos deUS$ 200

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 126

Page 127: Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

FX Vishera

A AMD lançou hoje uma atualização nalinha de processadores FX;

Omodelo mais potente é o FX-8350, quepossui oito núcleos e impressionantes 4,0GHz de clock nativo, chegando a 4,2 GHzno modo turbo.

Os chips possuem boa capacidade deoverclock e foram pensados especialmentepara gamers e entusiastas.

Concorrente do Core i7 não eles deverãoapenas competir com os intermediáriosCore i5.

25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 127