Arquitetura de Computadores

1. Arquitetura de Computadores Prof. Jonathan Gustavo Rogéri

2. Memória Cache CPUssão mais rápidas que as memórias ; CPU precisa esperar vários ciclos para obter retorno; Para memórias ficarem mais rápidas, precisariam estar no chip da CPU, o que é inviável tecnicamente e economicamente; Cache, memória rápida e pequena; Palavras usadas com mais freqüência são mantidas na cache; Quando precisa de uma palavra, a CPU verifica primeiro a chace, e se não encontrar o que precisa, parte para a memória principal;

3. Memória Cache • Princípio da localidade • Tendência de se utilizar os vizinhos de um endereço utilizado • Laços de repetição executam várias vezes o mesmo comando • Linhas de cache: blocos trazidos da memória principal usando o principio da localidade • Quanto maior a cache, melhor o desempenho da CPU, porém, maior o custo • Cacheunificada x Cachedividida • Quantidade de caches

4. MemóriaSecundária

5. Discos magnéticos • Memória principal é sempre muito pequena • O disco magnético é composto de: • um ou mais pratos de alumínio com revestimento magnetizável, normalmente com 3 a 12 centímetros de diâmetro • um cabeçote de disco que contem uma bobina de indução que flutua logo acima da superfície, apoiado sobre um colchão de ar • A maioria dos discos possui vários pratos empilhados na vertical, cada um com seu braço e cabeçotes específicos • A trilha é uma sequência de bits circular completa no disco • Com a tecnologia atual, os discos possuem entre 5000 e 1000 trilhas por centímetro • A trilha é dividida em uma quantidade de setores, de tamanho fixo, precedida por um preâmbulo • Logo após a trilha tem-se o código de correção de erros (ECC) • Entre dois setores encontra um espaço denominado lacuna intersetores • Cuidados com relação ao tamanho real dos discos comercializados

6. Discos magnéticos

7. Discos magnéticos • Corrente positiva ou negativa passa pelo cabeçote e magnetiza a superfície logo abaixo dele • Quando o cabeçote passa por uma superfície magnetizada, a corrente positiva ou negativa é induzida nele, possibilitando assim a leitura dos bits. • Braços móveis fazem com que o cabeçote se mova para a parte central ou mais exterior do disco • Os discos giram para que o cabeçote fique posicionado sobre o endereço necessário • Maior densidade na direção radial do que ao longo da circunferência • Gravação perpendicular será comercializada em pouco tempo

8. Discos magnéticos

9. Discos magnéticos • Desempenho do disco depende de: • Busca (seek): tempo que o braço leva para se deslocar até a trilha correta (médio entre 5 e 10 ms) • Latência rotacional: tempo gasto pelo para que o setor desejado gire até o cabeçote (médio entre 3 e 6 ms) • Tempos mais comuns: 5400 RPM, 7200 RPM e 10800 RPM

10. Discos magnéticos • Antigamente os fabricantes utilizavam quantidades fixas de setores, independente da posição radial no disco. Hoje, a quantidade de setores vai aumentando conforme a circunferência fica maior • Todos os drives de disco possuem um controlador, um chip que controla o drive

11. Discos IDE • Discos antigospossuiamcontroladoremplacaseparada e utilizam o BIOS paragravação e leitura • IDE (Integrated Drive Eletronics– Eletrônica de Drives Integrados) • 1980, podia endereçaraté 504 Mb • EIDE (Extended IDE – IDE Estendido) • 1994, podia endereçaraté 128Gb • Podiamtrabalhar com doiscanais (drive primário e secundário) • Suportavaaté 4 drives (CD, DVD, etc) • Velocidade de 4 para 16 Mb/s

12. Discos IDE • ATA-3 (Attachment) – ReferênciaaoIBM PC/AT (Advanced Tecnology) • ATAPI-4 (ATA Packet Interface – Interface de pacotes) • Velocidade de 33 Mb/s • ATAPI-5 • Velocidade de até 66 Mb/s • ATAPI-6 • Velocidade de até 100 Mb/s • Podeendereçaraté 128Pb

13. Discos IDE • ATAPI-7 (ATASerial ouSerial ATA) • Umaruptura radical com o passado • Aoinvés de aumentar o tamanho do conector, utiliza-se transmissão de 1 bit porvez • Velocidadesquecomeçamem 150 Mb/s, masespera-se alcançar 1,5 Gb/s • Melhora o fluxo de arinterno dos computadores • Redução no consumo de energia

14. SCSI • Small Computer System Interface (Interface paraSistemasComputacionaisPequenos) • Interface diferente dos padrões IDE • Taxas de transmissãomaiselevadas • Normalmenteutilizadosporcomputadores de grandeporte e servidores

15. SCSI • Barramentoaoqualpodem ser conectados um controlador SCSI e até 15 dispositivos • Dispositivos com doisconectores, um paraentrada e outroparasaída • Saída de um dispositivo é conectadas à entrada do outro • Cabos de barramentopossuemaltaimunidade contra ruídos e podem ser utilizados a vários metros de distância • IDE e EIDE permitemsomente um dispositivoativoporvez, enquanto SCSI permiteváriosdispostivostrabalhandosimultaneamente

16. RAID • Desempenho das CPUs dobra a cada 18 meses • Desempenho dos discos aumentou de 5 a 10 vezesem 40 anos • E/S paralelaspoderia ser umasaídaparamelhoria de desempenho de discos • Em 1988 forampropostaspor Patterson seisorganizaçõesespecíficas de discos

17. RAID • RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks – ArranjoRedundante de Discos Baratos) • RAID (Redundant Array of Independent Disks – ArranjoRedundante de Discos Independentes) • A idéia é instalarumacaixacheia de discos próximaaocomputador e substituir o controlador de discos por um controlador RAID • Para o software, parece um único drive • Divide os dados nos n drives • Possibilidade de RAID SCSI

18. RAID • RAID Nível 0 • Disco divididoemtiras de k setores • Escrevetirasconsecutivasnos drives, poralternância circular • Para ler um bloco com tamanho de 4 tiras, o processoaconteceriaparalelamente • Funcionamelhor com requisiçõesgrandes • Nãofunciona com SOs quesolicitam dados a um setorporvez • Nãopossuiredudância

19. RAID • RAID Nível 1 • Duplicatodosos discos: quatroprimários e quatro de backup • Cadatira é escritaduasvezes • Nãoganhadesempenhonaescrita, masduplica o desempenhonaleitura • Excelenteopçãoparasegurança de dados

20. RAID • RAID Nível 2 • Divisãoempalavrasouatémesmoem bytes • Quatro bits de dados maistrês de paridade, sendo um salvo emcada drive • Alta taxa de dados, maspoucasrequisições de E/S simultaneamente • Rotação dos drives sincronizada • Alto índice de segurança de dados • Exigemuito do controlador

21. RAID • RAID Nível 3 • Simplificação do RAID Nível 2 • Os bits de paridadesão salvos em um drive específico de paridade • Facilidadeparacorreção de erros • Alta taxa de dados, maspoucasrequisições de E/S simultaneamente • Drives com rotaçãosincronizada

22. RAID • RAID Nível 4 • Divisãoporsetores • Parecido com o RAID Nível 0, porém com um drive paraparidade • Se um drive falhar, os dados perdidospodem ser recalculados com base no drive de paridade • Aoalterarqualquer dado, a paridadeprecisa ser recalculada, resultandonumaperdaexcessiva de tempo

23. RAID • RAID Nível 5 • Paradidedistribuidauniformimentepelos drives • Nãogeragargado no drive de paridade • Alta complexidadeparareconstruiros dados um drive danificado