Aula 07 - Cenários de tecnologia da informação

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Cenários de TI
Meios de Armazenamento
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Modelo de Von Neumann
John Von Neumann, matemático húngaro com diversas contribuições significativas na matemática e na física.
Professor da Universidade de Princenton e um dos construtores do ENIAC.
A sua grande contribuição para a computação foi propor que os dados lidos em cartões perfurados fossem gravados na memória do computador.
Estrutura Básica de um Computador
Segundo a arquitetura de Von Neumann, os computadores possuem quatro componentes principais:
Unidade Central de Processamento (UCP / CPU), composto pela Unidade Lógica e Aritmética (ULA) e a Unidade de Controle (UC);
Memória;
Dispositivos de entrada e saída.
Meios de Armazenamento
Computador - Máquina capaz de sistematicamente coletar, tratar e fornecer os resultados derivados do processamento dos dados coletados.
Processamento de dados – Consiste em uma série de atividades realizadas com o objetivo de produzir informações a partir de dados iniciais.
Armazenamento de Dados
Ref: http://media.forumpcs.com.br/wp-content/blogs.dir/4/files/computadores-xxxviii-hierarquia-da-memoria/fpc_ac200700903_1.jpg/9999_0,0,0,0/fpc_ac200700903_1.jpg/fpc_ac200700903_1.jpg
CPU
Tamanho da memória em cada nível
Maior distância da CPU no tempo de acesso.
Memória
Função:
Armazenar as informações que serão manipuladas pelo sistema e permitir sua recuperação (acesso) quando requerido.
O elemento básico de armazenamento de dados é o bit.
Unidades de informação
Bit: unidade para composição de uma informação. 
Os bits 0 e 1 são os algarismos na numeração binária e com estes dois algarismos todos os demais caracteres (letras, símbolos e números) podem ser representados.
Byte: unidade mínima de informação composta por 8 bits (octeto)
Word / palavra : unidade de armazenamento e recuperação de uma informação.
Unidades de informação
Múltiplos do byte:  Com o aumento constante da necessidade de armazenar tantas informações digitais, surgem dispositivos de capacidade (de armazenamento) cada vez maior. 
Atualmente, os pendrives armazenam dezenas de GigaBytes e os discos rígidos alguns TeraBytes.
Unidades de informação
A palavra (Word) nos computadores é um valor fixo e constante para um dado processador (8/ 16/ 32 / 64 bits);
Em geral, a UCP processa valores representados por uma quantidade de bits igual à da palavra, indicando assim a capacidade de processamento do sistema.
Responda:
Na especificação de memória de computador, costuma-se utilizar como unidade de medida o Byte e seus múltiplos (KByte, MByte, GByte, etc.). Dentre as alternativas abaixo, qual corresponde ao valor equivalente a 1 MByte (um megabyte)?
A) 1.000 KBytes
B) 1.024 KBytes
C) 1.000 Bytes
D) 1.024 Bytes
E) 1.000.000 Bytes
Responda:
Na especificação de memória de computador, costuma-se utilizar como unidade de medida o Byte e seus múltiplos (KByte, MByte, GByte, etc.). Dentre as alternativas abaixo, qual corresponde ao valor equivalente a 1 MByte (um megabyte)?
A) 1.000 KBytes
B) 1.024 KBytes
C) 1.000 Bytes
D) 1.024 Bytes
E) 1.000.000 Bytes
Responda:
A página de um determinado texto tem 30 linhas com 25 caracteres por linha. Quantos bytes tem essa página?
Responda:
A página de um determinado texto tem 30 linhas com 25 caracteres por linha. Quantos bytes tem essa página?
8 bits = 1 Byte
1 Byte = 1 caractere
Caractere = letra, símbolo, números,
Resposta:
Então: 25 x 30 = 750 bytes
Responda:
240bits(b) equivalente a quantos Bytes(B)?
Responda:
240bits(b) equivalente a quantos Bytes(B)?
 8 bits = 1 Byte
240 bits = x
Aplicando regra de três, temos:
8x = 240
x= 240 / 8
x = 30 Bytes.
Observação:
Responda:
Quantos bytes tem 1GB?
Responda:
Quantos bytes tem 1GB?
1024 Mbytes = 1 GB
x 1024 
1.048.576 Kbytes
x 1024
1.073.741.824 Bytes
Responda:
Um disquete de 1,44 Mb tem uma capacidade de armazenamento nominal, em Kbytes, correspondente a:
(A) 1512 
(B) 1474 
(C) 1440 
(D) 1024 
(E) 1000
Responda:
Um disquete de 1,44 Mb tem uma capacidade de armazenamento nominal, em Kbytes, correspondente a:
(A) 1512 
(B) 1474 
(C) 1440 
(D) 1024 
(E) 1000
Resposta: 
1,44MB * 1024 = 1474
Responda:
Em um pendrive de 2GB, quantos bytes posso armazenar?
Considerando que uma página de texto tem 750bytes, quantas páginas de texto posso armazenar nesse pendrive?
Responda:
Em um pendrive de 2GB, quantos bytes posso armazenar?
Resposta: GB p/ MB x 1024
 MB p/ KBytes x 1024
		 KB p/ Bytes
Então: 2 x 1024 = 2048
 2048 x 1024 = 2.097.152
 2097152 x 1024 = 2.147.483.648
Considerando que uma página de texto tem 750bytes, quantas páginas de texto posso armazenar nesse pendrive?
Equivale:
2147483648 / 750 = 2863311,5 páginas
O objetivo de toda memória ou subsistema de memória é armazenar informação, que em algum momento, será utilizada peloprocessador.
Antes de uma memória ser utilizada, o processador necessita buscá-la (em memória cache ou principal) e armazená-la no seu próprio interior, nos registradores.
Processador e Memória
 
Dispositivos de entrada
Dispositivos de saída
Memoria primaria 
(RAM)
Programas são armazenados aqui
Processador
Controlador de memoria
Memoria secundaria
(discos rígidos, CDs, etc)
Memória
Funções realizadas pela CPU
Função Processamento:
Se encarrega de realizar as atividades relacionadas com a efetiva execução de uma instrução.
Componentes relacionados com a função processamento:
ULA – Unidade Lógica e UC - Unidade de controle
Registradores de Propósito Geral
A Memória Cache
Por conta do gargalo existente entre Processador e Memória Principal, na busca por minimizar o impacto causado por essa “espera” obrigatória, do processador pelos ciclos da MP, foi desenvolvido um elemento intermediário entre Memória e Processador, que se tornou indispensável nos sistemas atuais de computação: Memória CACHE
Memória Cache
Dispositivo de memória, fabricado com tecnologia semelhante à do processador, localizado entre o processador e a memória principal.
Tempo de acesso: 5 a 20 ns
Volatilidade: são dispositivos voláteis.
Tecnologia: circuitos eletrônicos de alta velocidade
Custo: alto
Memória Cache - Motivação
Dois aspectos:
Diferença de velocidade entre processador e memória principal (CPU / MP);
Princípio da Localidade.
Princípio da Localidade
Com o advento do multiprocessamento, constatou-se que os tempos de acesso à memória poderiam constituir um grande gargalo e até impedir a evolução dos Processadores, que sempre dependeram do acesso à MP a fim de processar as informações num Sistema. 
O objetivo dos projetos da Arquitetura de Computadores sempre foi o de dar maior eficiência ao processador, diminuindo seu tempo ocioso e permitindo maior uso compartilhado por parte dos processos.
Princípio da Localidade
Com a continuada pesquisa em aplicações científicas, comerciais e acadêmicas, percebeu-se que os programas, na sua grande maioria, são executados em lotes de instruções, que são freqüentemente acessadas pelo processador e que há grande chance de que essas instruções, uma vez acessadas, sejam acessadas novamente em um curto espaço de tempo.
Princípio da Localidade
Localidade Temporal: 
Que diz respeito ao intervalo de tempo em que o processador faz acesso à célula da Memória 
Se um Bloco foi acessado recentemente, há grandes chances, probabilidades, de que ele seja novamente acessado em breve, durante a execução de um programa (loop).
Princípio da Localidade
Localidade Espacial: 
Que diz respeito à probabilidade de que o Processador, ao acessar uma Palavra, em seguida tentará acessar uma Palavra na memória subjacente à anteriormente acessada. 
Se uma Palavra foi acessada recentemente, há grandes probabilidades de que, o próximo acesso à Memória Principal se dê em busca de células de blocos subjacentes.
Acesso a Memória Cache
 O acesso a cache é transparente para a aplicação e ao sistema operacional, para a leitura de 1 byte na memória principal têm-se os seguintes passos:
1. O processador inicia a operação de leitura e acessa o endereço desejado na Memória Principal;
2. O sistema de controle da cache intercepta o endereço e conclui se o dado solicitado está ou não armazenado na cache. 
Um acerto é denominado cache hit e a falta é denominada cache miss.
3. Se ocorrer um cache miss o controlador da memória principal é acionado para localizar o dado na memória, transferindo-o para a cache. 
4.Um novo acesso é feito à memória cache.
5.Considerando o princípio da localidade, os próximos dados consultados já deverão estar na cache, compensando (e muito!) a demora causada por uma falha.
Sistema de Memória
	Memória cache (Atuais arquiteturas)
Um bom exemplo é o Core i7, que usa 64 KB de cache L1 e 256 KB de cache L2 por núcleo e usa um grande cache L3 de 8 MB compartilhado entre todos. 
Dentro do processador, ele corresponde à área sombreada no diagrama.
Tamanho da Cache:
 Cache pequena tem desempenho ruim;
 Cache muito grande pode ser desperdício;
Notebook Dell Inspiron I15-5558-B40 Intel Core i5-5200U,8GB, 1TB,LED 15.6",Windows 10
Meios de Armazenamento
Memória
Principal
Secundária
Normalmente, a ROM é utilizada para armazenar firmwares, pequenos softwares que funcionam apenas no hardware para o qual foram desenvolvidos e que controlam as funções mais básicas do dispositivo.
MEMÓRIA ROM
Memória ROM- É um tipo de memória que contém instruções imutáveis. 
Não-volátil, ou seja, os dados não são perdidos com a ausência de energia. 
Acesso aleatório. 
MEMÓRIA RAM
Memória Principal do Computador;
Armazena dados e instruções de um programa. 
Volátil, ou seja, o seu conteúdo é perdido quando o computador é desligado; 
Acesso aleatório aos dados e o suporte à leitura e gravação de dados. 
A memória RAM é bastante rápida e oferece tempos de acesso brutalmente mais baixos que o HD, mas possui a desvantagem de perder os dados armazenados quando o micro é desligado, daí a necessidade de salvar os arquivos periódicamente. 
Memória RAM
Durante o boot do sistema operacional, drivers, bibliotecas e aplicativos são copiados para a memória, junto com suas configurações e preferências.
E esse processo é refeito sempre em cada boot, devido a volatilidade da memória RAM.
A única forma de evitar repetir o demorado processo de boot é manter a memória RAM ativa, ou salvar seu conteúdo no HD, recuperando-o no próximo boot. 
Memória RAM - Ex: volatilidade
Memória Dinâmica (DRAM) – pentes de memória
Memória Estática (SDRAM) - cache
O tipo mais comum de memória RAM, aquela que compramos no forma de pentes e instalamos na placa mãe, é chamada de DRAM, ou "dynamic RAM".
Tipos de Memória
A sigla DDR vem de Double-Data-Rate (Taxa Dupla de Transferência). 
A memória DDR permite que dois dados sejam transferidos ao mesmo tempo.
Com a evolução dos processadores, as fabricantes tiveram que bolar um jeito de criar memórias que pudessem atender a demanda de processamento. 
Pentium 4 foi um dos chips que obrigou o surgimento de memórias que fossem capazes de operar com o dobro da freqüência.
Quanto a Tecnologia - DDR-DIMM
Evolução da Memória RAM
Samsung inicia produção em massa de memórias DDR4
Os primeiros módulos da Samsung virão com chips DDR4 de 4 gigabits (512 MB) que chegam a transferir até 2.667 Mb/s, um aumento de 25% em relação a um chip DDR3 com o mesmo processo de fabricação. 
Apesar de oferecer mais desempenho, o consumo energético de um chip DDR4 é 30% menor.
A Samsung lançou DDR4 de nada menos que 32 GB, capaz de trabalhar a uma frequência de 2.133 MHz.
Memórias DDR4
Memória Virtual
Consiste na utilização de espaços de disco rígido como extensão lógica da memória primária.
Expande o tamanho da memória primária limitada ao tamanho da unidade de armazenamento.
Ganhamos: flexibilidade
		Perdemos: desempenho
Memória Virtual
A memória RAM é o local utilizado para armazenar as informações de tudo o que estiver aberto em seu computador, seja um jogo ou uma aplicação qualquer. Assim, conforme novos aplicativos vão sendo executados, a RAM é consumida.
O problema é que o espaço da memória RAM nos computadores é limitado, e os aplicativos consomem cada vez mais espaço nela. 
E quando a memória RAM se esgota, o que acontece? O processo utiliza a memória virtual.
Como funciona a paginação em Memória Virtual?
Quando o processador necessita de um dado em memória, o sistema operacional verifica na tabela de páginas se a página que contém o endereço do dado referenciado pelo processador está ou não na memória:
Página encontrada - Page Hit
Página não encontrada - Page fault
Memória Virtual
Sistema Operacional
O processador só acessa informações que estão na memória RAM. Se não estiver, o S.O. se encarrega de trazer para a memória física as partes necessárias para a execução do programa.Como o S.O toma a decisão? Através de algoritmos de escalonamento.
Algoritmos de Estratégia de Substituição de Páginas
Algoritmo Ótimo (teórico)
Algoritmo FIFO
Algoritmo LRU (Least Recent Used)
Algoritmo do Relógio
Algoritmo Ótimo (teórico)
Seleciona a página cuja próxima referência será a mais distante. 
Como não podemos saber antecipadamente que página será utilizada, esse algoritmo é apenas de referência.
Algoritmo FIFO
First-in-First-out
Algoritmo muito simples que substitui a página carregada há mais tempo.
Não há nenhuma garantia que a página escolhida não está sendo referenciada.
Algoritmo LRU (Least Recent Used)
Substitui a página que não é referenciada há mais tempo.
Pelo princípio de localidade, essa deve ser a página com menos probabilidade de ser referenciada no futuro próximo.
Implementação cara por ser necessário manter a referência ao último acesso de cada moldura.
Algoritmo do Relógio
Requer um bit adicional na tabela de páginas: o bit de referência.
Quando a página é carregada, o bit de referência é ligado
Quando a página é referenciada, o bit de referência é ligado.
Para identificar a página a ser removida, é feita uma busca no sentido horário e a primeira página que for encontrada com o bit de referência igual a zero (desligado) é removida.
Durante a busca da página a ser removida, os bits de referência das páginas analisadas são desligados.
ALGORITMO DO RELÓGIO
8
.
.
.
Página = 9
Uso = 1
Ponteiro para próxima moldura
Página = 19
uso = 1
Página = 1
uso = 0
Página = 45
uso = 1
Página = 191
uso = 1
Página = 556
uso = 0
Página = 13
uso = 0
Página = 67
uso = 1
Página = 33
uso = 1
Página = 222
uso = 0
7
6
5
4
3
2
1
0
n
8
.
.
.
Página = 9
Uso = 1
Ponteiro para próxima moldura
Página = 19
uso = 1
Página = 1
uso = 0
Página = 45
uso = 0
Página = 191
uso = 0
Página = 727
uso = 1
Página = 13
uso = 0
Página = 67
uso = 1
Página = 33
uso = 1
Página = 222
uso = 0
7
6
4
3
2
1
0
n
Após uma substituição de página. 
Página removida = 556
Ponteiro = Página 13 
Exemplo - FIFO
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Exemplo - FIFO
inicio
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Exemplo - FIFO
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Exemplo - FIFO
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1
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PF
Atividades
Resposta
Atividades
Resposta
Atividades
Resposta
Externa (L2)
Memória Principal
Armazenamento
Externo
Memória Cache 
Interna (L1)
Armazenamento
de Segurança
Capacidade de Armazenamento
Fita Magnética, MO, WORM
Memória Interna
Memória Secundária
HD, FD, ZIP, CD, DVD
Custo por bit
Registradores
Velocidade de acesso