Aulas 1 e 2

Descrição

Capítulo 1
Bela Cunha
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Bela Cunha
Criado por Bela Cunha aproximadamente 9 anos atrás
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Resumo de Recurso

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    O material usado na fabricação dos processadores é o silício, por ser semicondutor. Um lingote de silício (30 cm de diâmetro e 30-60 cm de comprimento) é finamente fatiado em wafers de no máximo 0,25cm de espessura; Esses wafers passam por um processo químico que criam transistores, condutores e isolantes; Cada wafer é testado; Os wafers são cortados em dies (chips) e aqueles que não passaram no teste são descartados; Os dies são soldados ao encapsulamento (pinos de entrada e saída); As peças encapsuladas são testadas; Os chips estão prontos para serem vendidos.
    Fabricação de um processador:

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    Modelo de Von Neumann
    Segundo o modelo de Von Neumann, os cinco componentes de um computador são: Dispositivos de entrada; Dispositivos de saída; Memória (de dados e de instruções); Unidade de controle; E unidade de lógica e aritmética. Muitas vezes unimos os dois últimos e os chamamos de CPU ou processador. A memória pode ser acessada aleatoriamente por endereços, cada posição possui a mesma capacidade. As instruções são realizadas sequencialmente e o computador possui o controle centralizado. 
    Rubrica: : Modelo computacional de Von Neumann

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    Taxonomia de Flynn
    "O paralelismo computacional é uma forma pela qual a demanda é suprida através do uso simultâneo de recursos como processadores para solução de um problema." SISD - Ex: máquinas clássicas sem paralelismo; MISD - Ex: Não há implementação comercial; SIMD - Ex: Arquiteturas vetoriais, operação multimídia e GPUs; MIMD - Ex: não há. Para mais informações, ver a fonte. 
    Rubrica: : Fonte: http://www-usr.inf.ufsm.br/~sandro/elc139/tarefa1.php

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    Lei de Moore, potência e desempenho.
    A lei de Moore afirma que em um circuito integrado a quantidade de transistores dobra a cada 18 a 24 meses.  A potência e a taxa de clock aumentaram rapidamente por muito tempo, porém, agora chegou-se ao limite da potência para resfriamento de microprocessadores.A principal fonte de dissipação de potência é a potência dinâmica (a potência consumida durante a transição dos transistores). Para diminuir a potência, diminuiu-se a tensão. O problema é que a tensão baixa causa vazamento nos transistores. E isso gera uma outra forma de dissipação: de potência estática. Assim, simplesmente aumentar o número de transistores não é adequado, pois aumenta a quantidade de corrente de vazamento. Os projetistas tentam resolver o problema de potência conectando grandes dispositivos para aumentar o resfriamento ou desligam partes do chip que não estão sendo usadas no ciclo. Alguns dos problemas ainda encontrados no desenvolvimento de processadores, são: Dissipação de temperatura; Potência consumida; Frequência de execução; Tempo para acesso à dados externos; Melhora no desempenho.

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    Para carregar os capacitores metade da energia é perdida pela resistência dos condutores e metade é realmente usada para carregá-los. Assim, a potência dinâmica do carregamento do capacitor é dada pela fórmula da imagem ao lado. Então, como podemos diminuir o consumo de energia? Redução de tensão; Redução de frequência (em partes menos exigentes do circuito); Redução da capacitância (integrar mais processadores em um mesmo chip reduzindo distâncias); Redução de troca de estados de transistores; Aproveitamento da energia de descarga dos capacitores. 
    Rubrica: : Potência dinâmica do carregamento de capacitores, energia, e potência estática.

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    O desempenho é algo relativo, pois depende do que cada aplicação precisa. Em geral, temos o tempo de resposta (também chamado de tempo de execução) e o throughput (largura de banda) como parte da análise do desempenho. Como o tempo de resposta é o tempo para realizar uma tarefa, o desempenho é definido como o inverso do tempo de resposta (ou de execução). Assim, o desempenho de A > B se o tempo de resposta de B > A. Podemos medir os desempenhos: Da CPU; Da instrução; Equação clássica de desempenho da CPU.
    Tempo de execução da CPU para 1 programa = nº ciclos de clock para 1 programa X Período de clock = nº ciclos de clock para 1 programa / frequência de clock; nº ciclos de clock da CPU para 1 programa = nº de instruções X CPI ;CPI = ciclos por instrução; Tempo de CPU = contador de instrução X CPI X período =(contador de instrução X CPI) / frequência de clock;Contador de instrução = nº de instruções de um programa. A 2. equação nos dá o número de ciclos para um programa, enquanto a 3. multiplica esse número de ciclos pelo tempo de um ciclo (ou divide pela frequência). Assim sabemos quanto tempo leva para executar esse número de ciclos.

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    Benchmark
    Conjunto de programas escolhidos especificamente para medir o desempenho. Os benchmarks formam uma carga de trabalho que o usuário acredita que irá prever o desempenho da carga de trabalho real. Após passar pelos benchmarks, o tempo de resposta em cada benchmark de cada computador é normalizado em relação à um de referência. Isso gera uma medida chamada SPECratio que é o inverso do tempo de execução e, portanto, mede desempenho.    Posteriormente, os SPECratios são analisados usando a média geométrica. Pois ela informa a mesma variação relativa independente do computador de referência usado.
    Rubrica: : Pós: obriga que todos os resultados sejam bons; não é influenciado pelas peculiaridades da máquina. Contras: qualquer média perde informações; a média geométrica não prevê o tempo de execução (isso encoraja que as máquinas sejam feitam pensando em como se sair melhor em determinados benchmarks)

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    Lei de Amdahl
    Erro: esperar que uma melhoria de um aspecto do computador aumente o desempenho geral por uma quantidade proporcional à melhoria.O tempo de execução geral após uma melhoria é dado pela seguinte equação (também conhecida como Lei de Amdahl):Tempo de execução final = (tempo afetado pela melhoria / quantidade de aprimoramento) + tempo de execução não afetado

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    Princípios de projetos de hardware
    1 - Simplicidade favorece a regularidade; 2 - Menor significa mais rápido;3 - Agilize os casos mais comuns; 4 - Um bom projeto exige bons compromissos.

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