FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Aula 3 Parte 2

FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Aula 3 – Parte 2 Instrutor. : Frank S. Fernandes Bastos (frank. [email protected]. com) Foco. : Adiquirir conhecimento preparatório para Concurso referente itens complementares sobre fundamentos Público. : Estudantes de concurso específico Local. : Sala de aula - Obcursos Número Slides. : 20 (incluindo este)

OBJETIVOS Adquirir conhecimentos complementares sobre os fundamentos relativo a arquitetura de computadores.

BALANCEAMENTO DE CARGA

PERSISTÊNCIA Sessão 1 Sessão 2 Sessão 3 Cliente INTERNET Sessão 4

Formas de acesso ao Cache ■ Hit - dado encontrado no nível procurado. ■ Miss - dado não encontrado no nível procurado. ■ Hit-rate (ratio) - percentual de hits no nível. ■ Miss-rate (ratio) – percentual de misses no nível. É complementar ao hit-rate. ■ Hit-time – tempo de acesso ao nível incluindo tempo de ver se é hit ou miss. ■ Miss-penalty – tempo médio gasto para que o dado não encontrado no nível desejado seja transferido dos níveis mais baixos.

Formas de acesso ao Cache ■ Cálculo do tempo médio (tme) efetivo de acesso a uma memória cache considerando: Hit-ratio = 80% Hit-time = 2 ns Miss-penalty = 10 ns ■ Tme = hit-time + (1 – hit-rate) * miss-penalty

Problemas no acesso ao Cache Como a cache só pode conter parte dos dados por causa de seu tamanho, tem-se dois problemas: Como identificar se o dado procurado está na cache; ele estiver na cache, como acessá-lo de forma rápida. Se ■ A solução é fazer o mapaemento de endereços

Mapeamento do Cache O termo mapeamento é usado para indicar o relacionamento dos dados do nível inferior com as posições da memória cache ■ Existem três tipos de mapeamento. : Direto Associativo Conjuntivo associativo

Mapeamento direto É a forma mais simples de mapeamento; Cada bloco na memória principal é mapeado em uma linha da cache; Este mapeamento é dado diretamente através de uma operação no endereço que se está procurando; Exemplo: Para uma cache de 8 posições e uma memória de 32 endereços teríamos palavras de 4 bits. Cada posição da cache pode ter 4 posições da memória 3 bits menos significativos são usados para indexar os Os blocos (log 2(8))

Mapeamento Direto

Mapeamento direto Etapas do reconhecimento e recebimento do dato. • Identificação por rótulos, contidos nos bits que não estão sendo utilizados nos índices da cache, possui 2 bits já que dos 5 bits totais, 3 bits são usados para o índice. • Saber se o dado do bloco, realmente corresponde ao dado solicitado e também se ele existe. Nesse caso utiliza-se um bit de validade. • Se o bit for zero, não há necessidade de comparação de rotulos.

Mapeamento direto

Mapeamento associativo Caracteriza-se por um bloco da memória principal poder ser colocado em qualquer posição da cache, ou seja, um bloco de memória pode ser associado a qualquer entrada da cache. produz 100% de aproveitamento da cache; Isso Consequentemente é preciso: ➔ Pesquisar todas as entradas da cache para encontrar um determinado bloco, uma vez que tal bloco pode estar em qualquer lugar da cache. ➔ Política de substituição, quando se tem falta (miss), a cache está cheia e é preciso tirar alguém.

Desvantagem do Mapeamento associativo A solução para tornar a pesquisa rápida, é fazê-la em paralelo com um comparador associado (hardware) a cada uma das entradas da cache. comparadores aumentam o custo de hardware, o que torna o Tais mapeamento associativo idéal somente para pequenas caches, com capacidade para armazenar um pequeno número de blocos.

Mapeamento associativo Já a solução para substituição pode ser: ➔ Randômica: escolher aleatoriamente uma posição a ser substituída ➔ LFU (Least Frequent Used): a posição da cache que foi usada menos vezes será substituída. É preciso incrementa um contador a cada acesso e comparação para escolha; ➔ LRU (Least Recent Used): a posição da cache que foi usada a mais tempo será substituída. É preciso incrementar um contador a cada acesso e comparação para escolha.

Mapeamento associativo Já a solução para substituição pode ser: ➔ Randômica: escolher aleatoriamente uma posição a ser substituída ➔ LFU (Least Frequent Used): a posição da cache que foi usada menos vezes será substituída. É preciso incrementa um contador a cada acesso e comparação para escolha; ➔ LRU (Least Recent Used): a posição da cache que foi usada a mais tempo será substituída. É preciso incrementar um contador a cada acesso e comparação para escolha.

Mapeamento associativo O endereço é dividido em um rótulo (tag) que identifica a linha e o número do identificador do byte;

Passos do Mapeamento associativo 1. Alimentar a memória associativa com o tag procurado. 2. Se o tag procurado não está na cache acontece miss. Ir para 4. 3. Se acontece hit, acessar a memória cache com o índice fornecido e efeturar leitura. FIM. 4. Se não existir posição livre na cache, escolher um endereço para substituir (LRU). 5. Buscar o endereço procurado no nível mais baixo e colocar a posição livre (ou escolhida) da cache cadastrando essa posição e a tag na memória e efeturar leitura. FIM.

Mapeamento associativo Vantagens ➔ Melhor aproveitamento das posições da cache, pois de cheia se tem 100% de aproveitamento ➔ Dados de controle não ficam na cache Desvantangens ➔ Memória associativa tem alto custo e tamanho limitado ➔ Limita o número de linhas da cache ➔ Necessita de política de substituição, que custa tempo e ainda pode-se escolher mal.

Mapeamento associativo conjuntivo Meio termo entre mapeamento direto e associativo. Uma cache associativa conjuntiva é dividida em S conjuntos (set) de N blocos ➔ Se S =1, mapaeamento associativo; ➔ Se S =N, mapeamento direto endereço da memória principal pode ser mapeado para qualquer Um endereço no conjunto da cache. preciso fazer procura dentro do conjunto. É Também faz uso de política para substituição.

Passos para o mapeamento associativo conjuntivo 1. Calcular o módulo do endereço procurado pelo número de conjuntos S da cache. 2. Alimentar a memória associativa deste conjunto com o tag procurado. 3. Se o tag procurado não está na cache acontece miss. Ir para 5. 4. Se acontece hit, acessar a memória cache com o índice fornecido e efeturar leitura. FIM. 5. Se não existir posição livre na cache, escolher um endereço para substituir (LRU). 6. Buscar o endereço procurado no nível mais baixo e colocar a posição livre (ou escolhida) da cache cadastrando essa posição e a tag na memória e efeturar leitura. FIM.

mapeamento associativo conjuntivo Vantagens ➔ Aumenta o tamanho da cache mantendo o tamanho da memória associativa ➔ Bastante flexível ➔ Usa a totalidade da área da cache para dados Desvantagens ➔ Tem alto custo e tamanho limitado ➔ Necessita de política de substituição ➔ Tempo acesso maior devido ao cálculo ➔ Dependendo da geração de endereços não se aproveita a totalidade das posições da cache

Técnica de transferência de I/O

Porque estudar I/O? desempenho de CPUs aumenta de 50% a 100% por ano; O desempenho Supercomputadores com multiprocessadores aumenta O 150% por ano; o desempenho de subsistemas de I/O é limitado por atrasos mecânicos; Já ➔ Em média o crescimento é de 5% por ano (I/O por seg ou MB por seg); prática, o gargalo é I/O: Na ➔ CPU estão ficando mais rápidas ➔ Velocidade de CPUs está fazendo menos diferença

Porque estudar I/O? Hoje: ➔ O poder de processamento dobra a cada 18 meses ➔ Tamanho de memória dobra a cada 18 meses (? ) ➔ Capacidade de disco dobra a cada 18 meses ➔ Velocidade de posicionamento dos discos (Seek + Rotate) dobra a cada 10 anos!

Tipos de barramentos Arquitetura de barramento único Arquitetura de barramento em dois níveis Arquitetura de barramento hierarquica

Barramento único Memória e dispositivos de I/O estão ligados a CPU atráves de um único barramento Forma mais simples de interconexão Barramento tem que acomodar dispositivos com características e velocidades bem diferentes e o desempenho da comunicação cai

Barramentos de dois níveis processador e a memória podem se comunicar atravé de um barramento O principal; Outros barramentos de I/O estão ligados ao barramento principal através de adaptadores, compondo um segundo nível na arquitetura de Barramentos; Dessa forma, o barramento principal pode funcionar a uma velocidade maior já que os adaptadores se encarregam da comunicação com os barramentos de I/O mais lentos;

Barramento hierárquico processador e a memória se comunicam atravé de um barramento O principal barramento backplane concentra toda I/O do sistema e é ligado ao Um barramento principal (só um adaptador é ligado ao barramento principal) barramento backplane estão ligados diferentes barramentos de I/O Ao através de adaptadores

Mapeamento de I/O é o que faz um barramento é definir regras do que deve-se fazer para tranferir um bloco ou palavra. ■ Duas formas: Memory mapped; portas de I/O

Mapeamento de I/O – Memory Mapped único espaço de endereçamento Um Destina-se um conjunto de endereços aos periféricos Instruções à memória pode ser tanto memória quanto operações de I/O mapeamento em memória tem a vantagem de permitir uma maior O proteção ao acesso direto a dispositivos, pois os endereços de I/O podem ser controlados pelo S. O. processadores da Motorola Ex:

Mapeamento de I/O – portas de I/O Dois espaços distintos de endereçamento Entrada e saída acessadas por instruções específicas (IN, OUT) Microprocessador da INTEL Ex:

Modos de transferência de I/O ■ O que se deseja é: Rapidez na resposta a eventos criticos sobrecarga da CPU com atividades como acesso a disco e Não refresh de memória ■ Três modos de implementar: Programado Interrupção DMA

I/O Programada controlada pela CPU (registradores e instruções específicas) É processador pergunta para cada dispositivo se está apto a receber O ou transmitir uma unidade de informação e em caso afirmativo realiza a transferência; Existem dois tipos: ➔ Bloqueado (busy way); ➔ Polling (inquisição).

I/O Programada - Bloqueado ■ Bloqueado (busy way) Uma vez iniciada a comunicação, a CPU fica ocupada (escrava) até o término da operação CPU é subutilizada, pois os periféricos são muito mais lentos que a CPU balança eletrônica Ex:

I/O Programada - Polling ■ Polling CPU periodicamente testa o conteúdo dos bits do(s) registrador(es) A de estado existente(s) nos controladores de I/O cada controlador há registradores que indicam tranferência a ser Em realizada (status) modo polling a CPU possui controle total, realizando todo o No trabalho

I/O por interrupção Criada para solucionar o problema do tempo desperdiçado com múltiplos testes que é inerente do polling; Controladora é avisada pelo dispositivo que está pronto para transmitir/receber dados; Principais características: ➔ Assincronismo em relação a qualquer instrução, ocorrendo a qualquer instante ➔ Na ocorrência de uma interrupção, a mesma é atendida após o término da instrução corrente. O teste de interrupção é feito depois da execução da instrução ➔ Diferenciar interrupção de hardware de excessões ➔ Dispositivos podem ter diferentes prioridades

I/O com utilização de DMA ■ DMA (Transferência direta à memória) idéia de interrupção, a CPU é liberada da tarefa de aguardar por Na ocorrência de eventos de I/O, mas continua sendo o elemente ativo solução é usar DMA. Dispositivo controlador é o responsável pela A tranferência de dados, ficando a CPU livre para realizar outras operações. Mecanismos de interrupção continuam sendo utilizados pelo controlador para comunicação com o processador, mas apenas no término de um evento de I/O ou na ocorrência de erros Durante a operação o controlador DMA se torna o mestre do barramento e controla a transferência I/O <-> memória

PROTOCOLOS – Parte 1 TCP - Transmission Control Protocol (Comunicação) FTP – File Transfer Protocol (Transferência de Arquivos) SMTP – Simple Mail Transport Protocol (Informações) LDAP - Lightweight Directory Access Protocol (Serviço de diretório) SNMP – Simple Network Management Protocol (Gerenciamento)

Domínios, Árvores e Florestas

Objetos e atributos • Domain – Contém um agrupamento de todos os demais objetos • Organizational Unit – Consiste em uma espécie de container • User – Objeto de usuário • Computer – Objeto de associação a computadores • Group – Representação gráfica de grupos de usuários, computadores e/ou árvores de replicação • Shared Folders – Associação à compartilhamentos de arquivos • Printer – Objeto relacionado à impressoras locais ou de rede.

Contato Frank S. F. Bastos E-MAIL. : Frank. [email protected]. com MSN. : [email protected]. com Skype. : frankbastos