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