A3 - ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES

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PERGUNTA 1
1. Equipamentos computacionais de alto desempenho são aplicados em sistemas computacionais voltados para áreas específicas como a médica, automação industrial, exploração de petróleo, sensoriamento remoto, engenharia financeira, mineração de dados, entre outros. 
O motivo é a necessidade de ter modelos matemáticos com base em equações complexas, manipulação de dados em bases com grande volume em conjunto com a semântica destes mesmos dados. 
Sendo assim é importante ter conhecimento adequado sobre o hardware que será utilizado para manipular este tipo de informação tão específica e muito comum atualmente. 
Portanto confeccione um texto que descreva a importância do processador, instruções, memorias cache virtual e a relação com memórias de alto desempenho. 
Toda a pesquisa pode ser realizada nos livros que estão como bibliografia básica da nossa disciplina e ainda em sites da internet. 
  
Referência 
HENNESSY, J. L.; PATTERSON, D. A. Arquitetura de Computadores: uma Abordagem Quantitativa. 5.ed. Rio de Janeiro: Campus, 2014.  
STALLINGS, W. Arquitetura e Organização de Computadores. 8. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.  
TANENBAUM, A. S. Organização Estruturada de Computadores. 6. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013.
O processador é um dos componentes mais importantes em um computador, ele é responsável por todas as instruções do sistema operacional, gerencia e controla todas a informações, basicamente dentro do processador podemos ter vários núcleos de processamento, por exemplo, o Intel Core I7 que tem 4 núcleos, ele basicamente é subdividido em:
· Unidade lógica e aritmética (ULA).
· Registradores.
· Unidade de controle (UC).
As principais partes são ULA que é responsável pelas operações lógicas e aritméticas, resumindo é a parte do processador responsável por todos os cálculos lógicos, já o UC sendo a unidade de controle é responsável por gerar todos os comandos de controle dos sistemas externo ao processador, o deixando trabalhar de forma tranquila e controlada.
Não podemos esquecer dos registradores não menos importantes, sendo eles responsáveis por armazenar os dados das operações.
As instruções é uma linha de operação executada pelo processador, resumindo é a informação que o programa irá requisitar que o processador resolva, é um comando que o processador irá receber, analisar, tratar e responder,
estas instruções são classificadas como BITs e são múltiplos de 2.
Com tudo para o processador trabalhar ele usa um conjunto de memórias para executar todas as requisições de uma instrução, as memórias em um computador podem ser divididas em:
· Memória cache, ela fica localizada dentro do processador trabalhando em conjunto, responsável por fornecer informações em alto nível ao processador deixando menos ocioso, já que o processador conversa direto com a memória RAM que é inferior a tempo de resposta ao ciclo de velocidade das requisições dos processadores. Sendo as memórias cache divididas em L1, L2 e L3 que representa a proximidade dela a unidade de processamento.
 
· Memória principal, pode ser RAM (volátil) ou ROM (não volátil), aos dados gravados na memória ROM geralmente é somente de leitura, para ter instruções básicas, já na memória RAM é onde acontece todos os engajamentos das instruções que o processador está trabalhando, elas tem grande capacidade de armazenamento comparadas a memória cache porém sua limitação em tempo de resposta prejudica o desempenho do processador.
· Memórias secundárias, é propriamente o arquivo de um computador, onde é armazenado todos os programas, arquivos de música, vídeos, e até mesmo o SO, e não é volátil, pode ser um CD, DVD, Pen-Drive e etc.
Especialmente o HD (Hard Disk) além de ser uma memória secundária um trecho de sua trilha é reservada pelo SO para trabalhar como memória virtual (como memória volátil RAM), basicamente quando a memória principal RAM estiver “cheia” o SO junto ao processador pode alocar espaços para tratar as instruções de comando, mas como um HD tem uma velocidade mais inferior de leitura em relação a memória principal RAM isso afeta o desempenho de um computador, nos dias atuais novas tecnologias vêm trabalhando nos HDs e melhorando seu desempenho em relação ao acesso de leitura e escrita, por exemplo, os HDs SSD.
Sobre as memórias podemos dizer que embora são ilimitadas e rápidas, sejam o desejo de qualquer programador, elas possuem alto custo e, geralmente, capacidade pequena. Porém, se o sistema for organizado em uma hierarquia com diversos níveis, memórias cada vez mais rápidas, menores e com custo por byte maior, serão colocadas em níveis mais altos.
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Processador
O processador é responsável pela execução de instruções dentro de um sistema. Ou seja: ele 
executa os comandos gerados pelos e para os so!wares.
Ele é divido em várias partes, sendo as duas principais a Unidade Lógico-Arimética (ULA), 
utilizada para fazer cálculos e operações lógicas, e os 
· registradores, que são memórias de acesso rápido para armazenar os resultados das operações.
· 
Com as informações vindas do mouse e do teclado, o processador interpreta esses dados de 
entrada e executa os comandos nos so!wares.
Atualmente são produzidos processadores com vários núcleos, que seriam a junção de vários 
processadores dentro de um só, aumentando o poder de processamento dos computadores 
atuais. É como ter dois processadores em um chip (Dual-Core), ou quatro (Quad-Core), ou oito 
(Octa-Core), e assim em diante.
Instruções
Conjunto de instruções (tradução de instruc'on set) são as operações que um processador, 
microprocessador, microcontrolador, CPU ou outros periféricos programáveis suporta, ou seja,
é a representação de código de máquina, com a 3nalidade de facilitar o acesso aos módulos 
que deverão ser ativados e qual o caminho que aos dados deverão seguir dentro dele. 
Memoria Cache
A memória cache é um topo de memória que trabalha em conjunto com o processador. O objetivo é potencializar o desempenho do chip de processamento, evitando que fique ocioso por longos períodos.
Esse tipo de memória possui alta velocidade e tem por função armazenar dados e instruções que a CPU poderá precisar em breve. Ela possibilita que o processador trabalhe com toda a capacidade e tenha o mínimo de tempo ocioso possível. 
Quando a CPU precisar buscar a sua primeira instrução, ela terá de ir até a memória RAM, visto que a memória cache estará vazia.
A memória virtual
Também conhecida como arquivos de paginação, a memória virtual consiste em um espaço que é reservado no momento em que o sistema operacional é instalado em um computador. 
Essa ação independe do fato do SO ser Linux ou Windows.
A memória virtual é importante porque, assim que o SO percebe que a memória RAM está sem espaço, ele passa a executar os programas nela. Ou seja, a memória virtual pode ser considerada uma reserva da memória RAM.
Dessa forma, ela estende a quantidade de memória disponível para dados temporários. Estes costumam ser usados pelos programas em execução. Com isso, o usuário não precisa realizar upgrades de hardware para usar vários aplicativos simultaneamente.
Referências:
Tectudo, Entenda o funcionamento e a importância de cada peça do seu computador.
GAIGARDI, J. O que é a memória virtual? 10 out. 2018
NIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA. Ciclo de instrução. s/d.
Wikipedia, Conjunto de instruções