Ciências da computação dia 52

Seguindo na aula de sistemas digitais, continuamos a ver sobre a UCP, no entanto com um pouco mais de detalhes.

Trafego dos dados

Primeiramente é necessário entender como os dados trafegam até serem processador pela ULA. Bom, antes de tudo, um programa deve estar rodando na memória principal, a partir daí a UCP fará o trabalho pesado. Em seu registrador de instrução a primeira instrução deste programa estará armazenado, assim como em seu contador de programa estará a referência para a próxima instrução a ser executada(o endereço da memória). Com isso, a cada pulso do clock uma ação será executada pela UCP. Quando a instrução for de salvar algo no acumulador para a realização de um cálculo, os operandos trafegaram pelo barramento de dados até chegarem aos registradores gerais e o operador chegará pelo barramento de controle, dessa forma ao passar pela ULA ela terá as informações de o que operar e como.

Após a operação, o dado resultante será armazenado no registrador acumulador e também seguirá para frente no circuito, passando para a memória e voltando também para o começo desse circuito.

É necessário entender, também, que, várias operações sucessivas não são possíveis de serem feitas de uma vez na ULA, primeiro é necessário quebrar em operações de 2 operandos (seguindo sempre a ordem de precedência matemática), até operar todos os números de uma expressão, isso é feito pelo compilador, ou qualquer outro sistema utilizado em uma linguagem de programação.

Tamanho dos Barramentos

Geralmente quando falamos de tamanho de barramentos, temos um problema em entender certinho como seu tamanho influencia as coisas dentro de um computador. Mas, aqui, vou tentar dizer de uma forma simples aquilo que aprendi sobre esse tema.

Bom, primeiramente, os barramentos são as partes responsáveis por trafegar dados e sinais para todo o computador, desde informações capturadas por um programa até sinais de clock. A partir do comprimento desse barramento (dado em bits), podemos dizer qual arquitetura vamos trabalhar e ainda qual a capacidade de armazenamento podemos ter.

Pensando hoje em dia, os computadores em sua maioria são de 64bits, e alguns menos comuns são de 32bits. Esse número mágico insinua a quantidade de bits que podem ser lidos de uma só vez pelo processador, sendo assim, se meu computador é de 64bits e meus barramentos são de 32bits, é necessário um ciclo a mais para ler a informação por completa, ou seja terei uma lentidão maior no processamento. Já no caso contrário, onde meu computador tem barramentos de 64bits e eu trafego dados de 32bits, não terei problemas aparentes, uma vez que as linhas que não possuem energia serão entendidas como 0 e no final ainda terei 64bits, só que dessa vez com vários 0.

Sendo assim, o tamanho dos barramentos devem seguir o formato que os fabricates fizeram para que tudo funcione bem. Se a capacidade máxima de processamento de uma UCP é de 64bits e meus barramentos são de 128bits, não necessariamente vou ter ganhos, no geral o que aconteceria seriam menos possibilidades de overflow e o gasto maior com essa máquina

No caso da UCP temos três barramentos importantes, de dados, o de endereços e o de controle. O barramento de dados diz o tamanho da palavra de informação que será trafegada de uma vez, com isso esse tamanho também diz qual o tamanho da palavra que será armazenada na memória (RAM e CACHE) e nos registradores. Ou seja, ao colocar dois números de 64bits nos registradores gerais, se por algum acaso o número resultante exceder esse tamanho, teremos um overflow, que será alertado para o sistema através do registrador de status. No geral, quem diz qual o tamanho esse barramento terá é a arquitetura da ULA, sendo assim, primeiramente é definido a arquitetura da ULA e depois esse tamanho é passado para o barramento de dados.

Esse barramento, como é pressuposto pelo seu nome, carrega os dados que estão em memória, podendo ser tanto dados necessários para a execução de programas, como também instruções que são usadas por esses programas.

Já o barramento de controle, trafega dados de clock (0 e 1), e sinais no geral, que controlam quando as operações devem ser feitas, quais operações devem ser feitas, etc.

Por último, indo para a memória, temos o barramento de endereços. Esse barramento trafega os endereços dos registradores da memória. A quantidade máxima de memória que um computador pode endereçar é dado pelo tamanho desse barramento, ou seja, se meu barramento possui 30bits, minha memória pode ser endereça com 2³⁰ posições diferentes, ou 1Gb. Com isso, o tamanho do endereço é dado pelo tamanho do barramento de endereços. Isso também vale para a memória CACHE, mas no geral por ser muito menor que a memória principal, não é necessário se preocupar com a quantidade que pode ser endereçado da CACHE, já que qualquer computador hoje em dia possui pelo menos 4Gb de ram e a CACHE não passa da marca dos 512Mb.

ALGUMAS NOTAS

w(parte de escrita na memória) = x + y (parte de leitura da memória)

Contador bidirecional → consegue aumentar e diminuir valores (por exemplo o UP-DOWN)

Micro-instruções → instruções feitas no hardware

multiplexador → a partir dos dados de entrada e de um sinal, é possível dizer qual dado de entrada será escolhido para as operações.

A memória principal possui várias áreas por exemplo, área de dados (onde os dados serão guardados), área de programas(onde as instruções dos programas serão guardados)

Cada core de um computador possui uma ULA e seus registradores

A memória CACHE é do tipo SRAM → vem de static random access memory, ou seja não perde memória com o tempo, apenas se não houver energia

Mapeamente associativo → vê se um dado está na CACHE, se estiver ele pega de lá, senão estiver ele pega da memória principal escreve na CACHE (se não houver espaço ele apaga um pouco) e assim continua o ciclo