Arquitetura de Computadores

Prof. Jonathan Gustavo Rogéri

Memória Cache• CPUs são 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;

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

• Cache unificada x Cache dividida• Quantidade de caches

Memória Secundária

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

Discos magnéticos

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

Discos magnéticos

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

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

Discos IDE

• Discos antigos possuiam controlador em placa separada e utilizam o BIOS para gravação e leitura

• IDE (Integrated Drive Eletronics – Eletrônica de Drives Integrados)– 1980, podia endereçar até 504 Mb

• EIDE (Extended IDE – IDE Estendido) – 1994, podia endereçar até 128Gb– Podiam trabalhar com dois canais (drive primário e

secundário)– Suportava até 4 drives (CD, DVD, etc)– Velocidade de 4 para 16 Mb/s

Discos IDE

• ATA-3 (Attachment) – Referência ao IBM 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– Pode endereçar até 128Pb

Discos IDE

• ATAPI-7 (ATA Serial ou Serial ATA)– Uma ruptura radical com o passado– Ao invés de aumentar o tamanho do conector,

utiliza-se transmissão de 1 bit por vez– Velocidades que começam em 150 Mb/s, mas

espera-se alcançar 1,5 Gb/s– Melhora o fluxo de ar interno dos computadores– Redução no consumo de energia

SCSI

• Small Computer System Interface (Interface para Sistemas Computacionais Pequenos)

• Interface diferente dos padrões IDE• Taxas de transmissão mais elevadas• Normalmente utilizados por

computadores de grande porte e servidores

SCSI

• Barramento ao qual podem ser conectados um controlador SCSI e até 15 dispositivos

• Dispositivos com dois conectores, um para entrada e outro para saída

• Saída de um dispositivo é conectadas à entrada do outro• Cabos de barramento possuem alta imunidade contra

ruídos e podem ser utilizados a vários metros de distância• IDE e EIDE permitem somente um dispositivo ativo por

vez, enquanto SCSI permite vários dispostivos trabalhando simultaneamente

RAID

• Desempenho das CPUs dobra a cada 18 meses• Desempenho dos discos aumentou de 5 a 10

vezes em 40 anos• E/S paralelas poderia ser uma saída para

melhoria de desempenho de discos• Em 1988 foram propostas por Patterson seis

organizações específicas de discos

RAID

• RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks – Arranjo Redundante de Discos Baratos)

• RAID (Redundant Array of Independent Disks – Arranjo Redundante de Discos Independentes)

• A idéia é instalar uma caixa cheia de discos próxima ao computador 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

RAID

• RAID Nível 0– Disco dividido em tiras de k setores– Escreve tiras consecutivas nos drives, por alternância circular– Para ler um bloco com tamanho de 4 tiras, o processo

aconteceria paralelamente– Funciona melhor com requisições grandes– Não funciona com SOs que solicitam dados a um setor por vez– Não possui redudância

RAID

• RAID Nível 1– Duplica todos os discos: quatro primários e quatro

de backup– Cada tira é escrita duas vezes– Não ganha desempenho na escrita, mas duplica o

desempenho na leitura– Excelente opção para segurança de dados

RAID

• RAID Nível 2– Divisão em palavras ou até mesmo em bytes– Quatro bits de dados mais três de paridade, sendo um salvo

em cada drive– Alta taxa de dados, mas poucas requisições de E/S

simultaneamente– Rotação dos drives sincronizada– Alto índice de segurança de dados– Exige muito do controlador

RAID

• RAID Nível 3– Simplificação do RAID Nível 2– Os bits de paridade são salvos em um drive específico de

paridade– Facilidade para correção de erros– Alta taxa de dados, mas poucas requisições de E/S

simultaneamente– Drives com rotação sincronizada

RAID

• RAID Nível 4– Divisão por setores– Parecido com o RAID Nível 0, porém com um drive para

paridade– Se um drive falhar, os dados perdidos podem ser

recalculados com base no drive de paridade– Ao alterar qualquer dado, a paridade precisa ser

recalculada, resultando numa perda excessiva de tempo

RAID

• RAID Nível 5– Paradide distribuida uniformimente pelos drives– Não gera gargado no drive de paridade– Alta complexidade para reconstruir os dados um

drive danificado