Arquitetura de Computadores

UNIDADE 4

“Arquitetura de Microprocessadores ”

Sumário

• FSB e Além;• Tipo de microprocessadores;• Organização do Sistema de E/S;• Hierarquia da memória;

27-02-2019

MicroprocessadoresFSB E ALÉM

A CPU Bus, Front Side Bus ousimplesmente FSB, representa aforma como um processadorcomunica com o exterior, isto é,com a North Bridge, muitas vezesdenominada como MemoryController Hub (MCH –controlador de memória edispositivos de Entrada/Saída)presente na motherboard. Estefoi introduzido pela primeira vezno Pentium Pro.

North Bridge

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A MCH por sua vez, liga à SouthBridge ou Input/Output (IOH* –controlador de entrada/Saída)através de um barramentopróprio.

South Bridge

* Também conhecida por ICH – I/O Controller HUB

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Numa Motherboard convencional estes dois chips são facilmentereconhecíveis.

North Bridge e South Bridge

2 South Bridge

1 North Bridge

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Como já referido, existem três tipos de barramentos: dados, endereçose controlo.O FSB está claramente associado ao barramento de dados. Atualmenteos barramentos são na sua maioria de 64 bits, necessitamos de saberapenas a velocidade deste barramento para saber a quantidade de dadostransferidos. Por exemplo o Pentium IV que opere internamente a 3,4GHz comunica com o exterior através do FSB apenas a 800 MHz.

Assim, o FSB permite:

800 MHz x 64 bit = 800 MHz x 8 Bytes = 6400 MB/s

Relembrando…

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A introdução de vários núcleos de processamento, o aumento develocidade interna, aumento das resoluções vídeo (Full HD), texturascada vez mais complexas utilizadas nos jogos e o desenvolvimento dasredes para Gigabit Ethernet, levou à necessidade de mudar o tipo dearquitetura, anteriormente baseada no FSB. Quantidades enormes dedados passavam pela MCH atingindo um estrangulamento (bottleneck).

Duas tecnologias surgiram para resolver este problema:

❖ Hypertransport (AMD), em 2003;❖ Quickpath Interconnect (Intel), cinco ano depois,

2008;

Hypertransport e Quickpath Interconnect

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Ambas residem em ligações pontoa ponto de baixa latência e grandelargura de banda, que permiteminterligar o processador à ICHdiretamente, uma vez que, cadaprocessador passa a ter integradoum controlador de memóriadeixando assim de esse acesso serrealizado através do MCH. Paraalém disso, dentro domicroprocessador existemligações entre vários núcleos.

Hypertransport e Quickpath Interconnect

O Hypertransport foi lançado no AMD Atlon 64 pela primeira vez enquanto que o QPI foi introduzido apenas na série Intel Core i7, isto é mais recentemente.

MicroprocessadoresFSB E ALÉM

Considerando o interior do microprocessador (simplificado)

Hypertransport e Quickpath Interconnect

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Esta tecnologia traz vantagenssobretudo no aproveitamento damemória RAM.Os Intel Core i7 tiram partido dememória DDR3 a funcionar em triplocanal (triple channel), tudo devido aocontrolador de memória integrado noCPU. Existem vantagens no acesso aobarramento da placa gráfica e a outroscomponentes de entrada e saída.

Hypertransport e Quickpath Interconnect

MicroprocessadoresFSB E ALÉM

Estas tecnologias são muito eficazes em sistemas com váriosprocessadores (não confundir com núcleos), possuindo cada um o seucontrolador de memória e ligação direta a cada um dos outrosprocessadores.

Hypertransport e Quickpath Interconnect

A associação de vários processadores é prática corrente no mundo dos servidores, onde esta tecnologias fazem toda a diferença.

MicroprocessadoresFSB E ALÉM

No trabalho de pesquisa realizado na aula anterior sobre os últimosdois processadores de cada um dos fabricantes, Intel e AMD,evidencia as diferenças entre eles. A comparação deve de ser feita,não só, entre os processadores do mesmo fabricante, bem comoentre o mais recente da AMD e o da Intel.

Proposta de trabalho

MicroprocessadoresTIPO DE MICROPROCESSADORES

Os processadores podem ser divididos em duas categorias:❖ RISC – Reduced Instruction Set Computer;❖ CISC – Complex Instruction Set Computer;

Os RISC distinguem-se dos CISC, por serem de natureza mais simples,o que os torna mais rápidos. O ideal seria os microprocessadoresserem de tecnologia RISC, como aconteceu até ao aparecimento doprimeiro Pentium. No entanto, devido à complexidade de algumasoperações, este tipo de arquitetura não seria suficiente para asprocessar.A arquitetura CISC consegue efetuar todas as operações, mas torna-se mais lento que o RISC a processar operações mais simples.

Por estas razões, atualmente os processadores são híbridos,combinando as duas arquiteturas.

Arquiteturas RISC e CISC

MicroprocessadoresORGANIZAÇÃO DO SISTEMA DE E/S

Vários barramentos de entrada/Saída foram surgiram desde oaparecimento do primeiro PC (Exemplos: ISA, PCI, AGP).

As velocidades dos microprocessadores aumentaramexponencialmente. Assim os processos de comunicação entre o CPU eos dispositivos de E/S, mudaram gradualmente, atualmente estesdispositivos são interligados pela IOH (Input/Output controller Hub)ou South Bridge.

As tecnologias atrás referidas Hypertransport (AMD) e QuickInterconnect (Intel), vierem melhorar o acesso a estes dispositivos,sobretudo no desempenho gráfico cada vez mais exigente (devido àindústria dos jogos).

MicroprocessadoresORGANIZAÇÃO DO SISTEMA DE E/S

Suporta a comunicação dos programas em execução pelo CPU, com oexterior, com dois objetivos:

❖ Receber dados dos dispositivos exteriores, para seremprocessados;

❖ Enviar dados processados para os dispositivos exteriores.

Existem 65 536 portas reservadas para os dispositivos de E/S. Devidoao elevado número de dispositivos foi criado para cada um, umcontrolador próprio que vai interpretar os bits recebidos etransformá-los em operações concretas, dependendo da sua função.Por exemplo, uma impressora recebe bits que são transformados emmovimentos mecânicos, que posteriormente irão completar uma imagemou um caráter numa folha. De certa forma o CPU foi libertado destastarefas que podiam ser executadas por outro componente docomputador.

O Sistema de E/S

MicroprocessadoresORGANIZAÇÃO DO SISTEMA DE E/S

Como já verificamos anteriormente,os dispositivos de E/S geraminterrupções que têm de seratendidas pelo CPU.

Com a introdução de um controlador,em cada dispositivo, o CPU apenasintervém quando é necessário,podendo vários dispositivos E/Sencontrar-se a funcionar emsimultâneo.

O Sistema de E/S

MicroprocessadoresORGANIZAÇÃO DO SISTEMA DE E/S

DMA – Direct Memory Access

No entanto, um problema ficava porsolucionar, sempre que um dispositivode E/S comunicava com a memóriaprincipal o CPU era chamado paracontrolar toda a operação.

Implementou-se por isso uma técnicade nome DMA (Direct MemoryAccess) que permite o acesso diretoentre a memória e os dispositivos deE/S sendo que o CPU, só intervém noinício e no final da operação.

MicroprocessadoresHIERARQUIA DA MEMÓRIA

As memórias variam de tamanho,preço e velocidade.

A memória de acesso mais rápida,mais cara e com menor capacidadeencontra-se no topo da pirâmide e érepresentada pelos registosinternos do CPU. À medida queavançamos para a base, a velocidadediminui, bem como o preço,aumentando apenas a capacidade.Na base encontra-se as memóriassecundárias (Discos Rígidos, Pens,DVD, CD…)