Arquitetura de Computadores

UNIDADE 4

“Arquitetura de Microprocessadores ”

Sumário

• Interrupções;• Memória Cache

12-02-2019

MicroprocessadoresARQUITETURA DE UM MICROPROCESSADOR

Por vezes o CPU interrompe o seu trabalho para atender outrospedidos. Para esse efeito, o CPU possui linhas de interrupção própriasque disponibiliza para atender interrupções provenientes dedispositivos exteriores (por exemplo, uma tecla premida). Para atendertem de saber onde interrompeu o trabalho anterior, paraposteriormente poder retomar a execução do programa principal.Assim, só é possível o CPU conseguir este efeito, se armazenartemporariamente a informação de que estava a tratar nesse momentoem memória.

Interrupções

CTRL + ALT + Delete

Quando o utilizador pressiona esta sequencia de teclas o processadorinterrompe tudo o que está a fazer, para atender este comando.

MicroprocessadoresARQUITETURA DE UM MICROPROCESSADOR

Interrupções

a) O Conteúdo do registo PC(endereço de memória) é guardadana Stack. (1)

b) Guardam-se os valores dos registosinternos a ser utilizados aquando dainterrupção, igualmente na Stack.(1). O apontador SP é incrementadopara apontar para a próximaposição da pilha, isto é, para aposição imediatamente acima.(2)

PC - Program Controler, onde são guardadas o endereço de memória da próxima instrução a ser lida na memória

Quando o CPU está perante uma interrupção, entra em ação um registoespecial de nome Stack Pointer (SP) e o comportamento pode serresumido nos seguintes passos:

MicroprocessadoresARQUITETURA DE UM MICROPROCESSADOR

Interrupções

c) Atender a interrupção passandoo PC a apontar para a zona dememória onde está o programa aser executado durante ainterrupção (3).

d) Terminada a execução dainterrupção (4), são recuperadosda Stack os valores que osregistos internos tinham antesda interrupção, o valor do PC e oapontador SP é decrementado(5).

e) Finalmente retoma a execuçãodo programa interrompido (6).

MicroprocessadoresARQUITETURA DE UM MICROPROCESSADOR

Interrupções

No entanto, pode ocorrer outrainterrupção. Esta situação não temlimites e pode ocorrer tantas vezesquantas forem necessárias.

A ordem pela qual a informação dasinterrupções é armazenada na Stacke posteriormente extraída seguenormalmente uma lógica LIFO (LastIn First Out) ou melhor do tipopilha (Stack). A última interrupçãoserá a primeira a ser atendida.

MicroprocessadoresARQUITETURA DE UM MICROPROCESSADOR

Interrupções

Em suma, o CPU necessita dearmazenar em memória:

▪ Instruções;▪ Dados;▪ Informação que permita retomar

a execução de um programapreviamente interrompido.

MicroprocessadoresARQUITETURA DE UM MICROPROCESSADOR

Questão.

Qual o nome da zona especial da memória que tem como finalidadeguardar informação relativa a interrupções?

R - A Stack / Pilha é a zona da memória responsável por guardar a informação relativa a interrupções.

MicroprocessadoresMEMÓRIA CACHE

Os processadores estão continuamente aaumentar a sua velocidade de relógio (lei deMoore*) e os componentes externos deixarammuito cedo de acompanhar tal evolução. Assim, oacesso à RAM tornou-se lento de mais, atrasandosignificativamente o trabalho do processador.Para esse efeito, desenvolveu-se uma soluçãobaseada em buffers de nome cache. Trata-se deuma memória de alta velocidade que permiteguardar pequenas quantidades de dados, queterão maior probabilidade de vir a sernecessárias ao CPU.

*Lei de MooreLei que descreve atendência do númerode transístorescolocados numcircuito integradoaumentar para odobro cada 2 anos

MicroprocessadoresMEMÓRIA CACHE

Assim, na arquitetura básica anterior teríamosde incluir a memória cache, que teria seriaacedida antes de procurar (fetch) a instruçãona memória principal (RAM), através do que sedenomina por unidade prefetch.

Existem três tipos de memórias cache:

▪ L1 – Cache de nível 1 (Level 1);▪ L2 – Cache de nível 2 (Level 2);▪ L3 – Cache de nível 3 (Level 3);

MicroprocessadoresMEMÓRIA CACHE

• Foi integrada num microprocessador pelaprimeira vez com o intel 486DX.

• Possui uma capacidade muito reduzida entre8 KB a 64 KB, pois o seu objetivo é seremrápidas.

• A grande vantagem desta memória é o CPUnão recorrer tantas vezes ao exterior (RAM)para obter a informação que necessita.

L1 – Cache de nível 1 (Level 1)

MicroprocessadoresMEMÓRIA CACHE

• Encontra-se integrada no Próprio CPU, peloque consegue acompanhar a velocidadeinterna, não dependendo da velocidade doBUS.

• Normalmente 90% das vezes (cache hit rate– taxa de sucesso) o CPU irá encontrar o quenecessita na cache, aumentando aperformance do sistema.

• Quando o CPU não encontra a informação naCache diz-se que a cache falhou (cache miss),sendo necessário recorrer à memóriaprincipal (ou a outro nível de cache).

L1 – Cache de nível 1 (Level 1)

MicroprocessadoresMEMÓRIA CACHE

• Desenvolvida para dar resposta aos 10% devezes que o CPU não encontra a informaçãopretendida na cache nível L1.

• Inicialmente eram externas, isto é, o acessodependia da velocidade do BUS.

• Atualmente situa-se no interior do CPU,integrada no Chip, tal como a nível L1, logobeneficia da velocidade interna do CPU,reduzindo assim o tempo de pesquisa.

• Possui uma capacidade maior que a cache L1,geralmente 256 KB, uma vez que é menosacedida.

• Garante igualmente uma taxa de sucesso deacesso em 90%.

L2 – Cache de nível 2 (Level 2)

MicroprocessadoresMEMÓRIA CACHE

• Este tipo de cache está cada vez mais a serutilizada, devido principalmente às recentesarquiteturas de processadores que envolvemprocessadores com vários núcleos deprocessamento.

• Estes núcleos geralmente partilham a cacheL3 que é a de maior capacidade de todas.

• Capacidade varia geralmente entre 4 a 8 MB.

• Encontra-se igualmente integrada noprocessador.

L3 – Cache de nível 3 (Level 3)

MicroprocessadoresMEMÓRIA CACHE

• Esta cache é partilhada pelosnúcleos de um CPU.

L3 – Cache de nível 3 (Level 3)

O CPU consegue encontrar 99,9%das vezes o seu conteúdo na cache,não necessitando de aceder àmemória RAM. Este valor provém de90% da cache L1 mais 9% (90% de10%) da cache L2 mais 0,9% (90%de 1%) da cache L3.

Conclusão

Microprocessadores

Questão.

Quais são os tipos de cache que conhece? Quais as suascapacidades e que vantagem ou vantagens um sistema informáticotem ao possuir este tipo de memórias.

MEMÓRIA CACHE