Atividade A1 - Arquit e Org de Comp

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Rodrigo Caramori 
RA: 2020106465 
 
 
Ao longo da Unidade, aprendemos os conceitos fundamentais sobre o 
funcionamento dos computadores, dentre os quais, a relação de Arquitetura e 
Organização de Computadores e a família de processadores (STALLINGS, 2010), 
alguns níveis de abstração e o resumo da história dos computadores, 
proporcionando ao leitor a capacidade de entender questões mais aprofundadas e 
importantes como desempenho computacional. 
Considerando essas informações e os conteúdos estudados, apresente e explique 
as formas e técnicas adicionais para melhoria do desempenho de hardware. 
 
 Referência 
STALLINGS, W. Arquitetura e Organização de Computadores. 8. ed. São Paulo: 
Pearson Pratice Hall, 2010. Disponível na Biblioteca 
Virtual: https://fmu.blackboard.com/webapps/blackboard/content/listContent.jsp?course_id=_198689_1&con
tent_id=_4122211_1&mode=reset. Acesso em: 3 maio 2018. 
 
 
 Existem muitas formas e caminhos para que se consiga melhorias no desempenho de 
um hardware. E para se conseguir isso, existem vários caminhos. Um ponto importante a se 
observar quando falamos em melhorar o desempenho de hardware, é o ponto de vista do 
qual estamos falando. Se falarmos do conjunto de peças um computador por exemplo, 
podemos aumentar a velocidade do hardware, como conjunto, fazendo a substituição de 
peças, como por exemplo, substituindo a memória RAM, por uma maior, com maior taxa de 
transferência e/ou menor latência. Assim como podemos substituir o HD, por um SSD (SATA 
ou MVNe, até mesmo substituir um SSD SATA por um MVNe), ou até mesmo usá-los em 
conjunto, já pode significar um ganho considerável no ganho de desempenho. Enfim, 
podemos falar de vários componentes além desses que ajudam a melhorar o desempenho, 
como: Processador, placa mãe, placa de vídeo e sistema de refrigeração. 
 Mas, e quando falamos da CPU, o que é feito para garantir os ganhos de desempenho? 
 Podemos citar vários fatores que interferem no desempenho da CPU, como por 
exemplo, a litografia (distância entre os transistores do processador), pipeline, super 
escalaridade, frequência de processamento (clock), multicore, hyper-threading, memória 
cache e registradores, são alguns dos principais fatores que influenciam no desempenho. 
 Quando falamos de litografia, não falamos apenas da distância entre os transistores 
dentro do processador, mas também, de uma das consequências que é de igual importância 
para o despenho, que é a quantia de transistores dentro do processador. O que acontece, é 
que quanto menor a distância entre os transistores, menos tempo a informação demora para 
ser transmitida entre eles, bem como um maior número de transistores, será capaz de 
processar mais instruções de uma única vez, tudo isso gastando menos energia e aquecendo 
menos. Porém, temos limitações, que estão demorando para serem transpostas, no que diz 
respeito a litografia. Hoje estamos com uma litografia de 7nm, o grande problema, é que 
quanto menor a litografia e menos o caminho a ser percorrido pela informação, mais fino, 
mais estreito também tem que ser esse caminho, o que pode fazer com que esse sinal não 
consiga passar, ou simplesmente se perca no meio do caminho. 
 O pipeline, é uma técnica de hardware, que permite que mais de uma instrução seja 
executada ao mesmo tempo, ou seja, de forma paralela. As instruções são colocadas em uma 
fila dentro da CPU e assim que o primeiro estágio, da primeira instrução é concluído e ela vai 
para o próximo estágio, a próxima instrução da fila começa a ser executada, não precisando 
assim, que a primeira instrução seja completamente concluída para começar, reduzindo 
assim, significativamente o tempo necessário para realizar um conjunto de instruções. Essa 
técnica, tem que ser muito bem implementada e para que funcione corretamente, todas as 
instruções devem ser do mesmo tamanho e as operações de escrita, sempre precisam vir 
antes das de leitura. 
 Também temos a superescalaridade, outra técnica de hardware, que, a grosso modo 
falando, paraleliza a paralelização feita pelo pipeline. As primeiras implementações de 
superescalaridade, colocavam dois pipelines sendo executados ao mesmo tempo, ou seja, 
duas instruções eram executadas por ciclo de forma paralela. Nas implementações atuais, ao 
invés de dois pipelines paralelos, temos apenas um, porém que consegue executar até cinco 
instruções por ciclo, pois o quarto estágio é mais lento, levando um ciclo para ser concluído, 
porém ele conta com cinco unidades funcionais. 
 Apesar de não ser o dado mais relevante em um processador, é o número mais comum 
na divulgação e um grande erro de muitas pessoas na escolha de um computador, é olhar 
exclusivamente para este número. Estamos falando do clock, a frequência em que o 
processador trabalha, ou seja, quantas instruções, a CPU é capaz de processar por segundo. 
Basicamente um processador que tenha 3,2 GHz, é capaz de processar 3 bilhões e 200 milhões 
de instruções por segundo. Então para sabermos o quanto isso pode melhorar o desempenho 
do computador, a comparação tem que ser feita entre dois processadores da mesma família. 
Uma prática bastante comum entre gamers, é o overclocking, técnica utilizada pelos usuários, 
para aumentar a frequência definida pela fabricante, afim de obter ganho no na velocidade 
de processamento, porém com aumento do consumo de energia e maior geração de calor, 
portanto, há ganho de velocidade, não necessariamente de desempenho, caso seja 
considerado como tal, ganho de velocidade com economia de energia e menor geração de 
calor. 
 Outra coisa que revolucionou a informática, foi a tecnologia multicore, introduzida no 
mercado de microprocessadores, com o Intel®Pentium®D. Como o nome sugere, temos mais 
de um núcleo, dentro de um mesmo processador, ou seja, temos mais de um processador 
dentro de um processador. Aumentando assim, significativamente a capacidade de 
processamento. Se formas tratar clock, que acabamos de falar, ao compararmos um 
processador com um único núcleo com um clock maior que um multicore, normalmente seu 
desempenho será menor. Isso tudo porque o número de instruções por clock, acaba sendo 
maior no multicore. 
 Claro que devemos levar em conta também para este tipo de comparação, a 
tecnologia hyper-threading, que é capaz de pegar o espaço ocioso dentro do processador, 
durante a execução de uma instrução, e usá-lo como se fosse outro processador, executando 
mais instruções de forma paralela. Sendo assim, é como se um processador com 8 núcleos, 
tivesse oito, contribuindo grandemente para o desempenho. 
 Também de grande importância no que diz respeito ao desempenho, são as memórias 
internas da CPU, as caches e os registradores. Nessas memórias, ficam armazenadas as 
instruções mais usadas pelo sistema e/ou as próximas instruções a serem executadas, 
fazendo assim, que o acessos as informações seja muito mais rápido e menos custoso ao 
sistema, uma vez que mesmo as melhores memórias RAM, não são tão rápidas e nem tão 
próximas de onde o processamentos é feito. Sendo assim, quanto maior e mais rápidas essas 
memórias internas, melhor o desempenho.