Arquitetura de computadores

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  • Publicado : 24 de setembro de 2012
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Resumo:
A Survey of Multicore Processors

Introdução:
Com o passar do tempo os processadores com apenas um núcleo tiveram seus “clocks” (frequência) aumentados e consequentemente o consumo de energia cresceu com uma taxa bem mais rápida. Esse problema de energia aumentou exageradamente com arquiteturas que extraem desempenho extra dinamicamente do seguimento de instruções. Como o anecessidade de desempenho só tende a aumentar, segundo uma previsão do ITRS Roadmap, 300 vezes mais no ano de 2022, as novas arquiteturas devem se voltar a processadores multicore e a programação paralela para atender a essa demanda. Também, segundo a ITRS Roadmap, o número de núcleos dos processadores será 100 vezes maior no ano de 2022. A grande vantagem dos sistemas multicore é que o desempenho aumentaao adicionarmos mais núcleos e o consumo de energia cresce numa proporção bem menor. Uma arquitetura multicore pode ser classificada de várias maneiras ou basicamente em cinco atributos: classe de aplicação, energia / desempenho, elementos de processamento, sistema de memória e aceleradores / periféricos integrados.

1. Classe de Aplicação:
Um equipamento pode ter como objetivo oprocessamento de um domínio de aplicação específico, a arquitetura pode refletir isso. O resultado disso é um equipamento eficiente para o domínio em questão, porém às vezes inadequado para outras áreas. Existem duas classes de processamento que uma aplicação pode se enquadrar: Domínio de Processamento de Dados e Domínio de Processamento de Controle
1.1. Domínio de Processamento de Dados
A computaçãodesse tipo de aplicação é tipicamente uma sequencia de operações num seguimento de dados com pouca ou nenhuma reutilização desses dados. As operações podem ser feitas em paralelo e requerem muito desempenho para manusear a grande quantidade de dados.
1.2. Domínio de Processamento de Controle
Códigos que tendem a ser dependentes de condições ramificadas, o que complica o processamentoparalelo. Programas geralmente precisam manter uma grande quantidade de estados e muito reuso de dados.

2. Energia / Desempenho:
Muitos dispositivos requerem um rigoroso desempenho e energia, por exemplo, um celular que reproduz vídeos deve consumir muita energia e também precisará de um certo desempenho. Desempenho sempre foi o objetivo da computação, porém ultimamente o consumo de energia setornado muito importante. Nos celulares principalmente por causa de suas baterias e na computação pelo conceito de “computação na nuvem” (Data Center e virtualização).

3. Elementos de Processamento:
Arquitetura e microarquitetura são tratados nesse atributo. Arquitetura de conjuntos de instrução (ISA) define a interface de “hardware-software”. Microarquitetura é a implementação do ISA.4.1. Arquitetura
ISAs podem ser classificadas como computador de conjunto de instruções reduzidas (RISC) ou computador de conjunto de instruções complexas (CISC). A vantagem do CISC é o pequeno tamanho do código por causa da sua maior seleção de instruções e semânticas mais ricas disponíveis. Por outro lado, o RISC garante um objetivo mais simples para os compiladores e permite um design maissimples para a microarquitetura.
4.2. Microarquitetura
Manipula, em muitos aspectos, a consumo de energia e o desempenho esperado de um processador multicore. A microarquitetura de cada elemento de processamento geralmente segue o domínio da aplicação que a equipamento multicore tem como objetivo. Às vezes é vantajoso combinar diferentes tipos de elementos de processamento em arquiteturasheterogêneas, ganhando desempenho com baixo consumo de energia. Em aplicações voltadas ao Processamento de Dados esse tipo de arquitetura ganha muito desempenho com pouco consumo, a desvantagem é complexidade dessa programação. O mais simples elemento de processamento é o processamento em-ordem. Dois parâmetros principais de ganho de desempenho podem ser modificados nesse elemento. O primeiro,...
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