Arquitectura de Computadores II Paulo Marques Departamento de Eng. Informática Universidade de...

Arquitectura de Computadores II

Paulo MarquesDepartamento de Eng. InformáticaUniversidade de Coimbrapmarques@dei.uc.pt

2004

/200

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1. Tendências Actuais em no Desenho de Hardware

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Evolução na Performance dos Processadores

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Gordon E. Moore,Co-Fundador da Intel

em 1968

Lei de Moore

Apenas quatro anos após o circuito integrado ter sido inventado, Moore disse que: “O número de transístores que a industria irá

colocar num circuito integrado duplicará todos os anos.”

A lei neste momento diz que são todos os 18 meses!

A performance está directamente relacionada com o número de transístores num integrado (mas não só!)

Infelizmente, as outras partes dos computadores (discos, memória e o BUS), não acompanham esta evolução.

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Tendências – Tipos de Computadores

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Tendências – Tipos de ISA

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Diferentes Mercados = Diferentes Ênfases

Desktop Computing Relação Preço/Performance Baixa latência de resposta + Performance Gráfica Multimédia

Server Market Menor ênfase no custo Ênfase na Disponibilidade (tolerância a falhas) e

Escalabilidade Throughput

Embedded Systems Baixo consumo de energia Custo baixo ( CPUs limitados / Memória limitada) Real-time (...muitas vezes)

[e está-se a assistir à mudança para a computação móvel... !!]

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Existem muitos outros mercados...

ESA's comet chaser Rosetta

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Grandes Problemas...

Não é possível continuar a aumentar o clock-rate à taxa actual Aumento do clock-rate à custa do aumento das fases do

pipeline Problemas de aquecimento/consumo ( Erros mais

frequentes)

ILP (Instruction Level Parallelism) limitado Em geral consegue-se ocupar 3/4 unidades funcionais no

máximo...

Enorme discrepância entre a velocidade do processador e o resto da arquitectura do computador Largura de banda necessária com a memória / placa gráfica Largura de banda necessária com o bus de periféricos

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Uma “perspectiva” humana...

Characteristic Scaled to Human Time

CPU frequency 2GHzProcessor Cycle Time 0.5 ns 1 sL2 cache access 10 ns 20 sMemory access 80 ns 160 s (2.6 mins)Thread context switch 5000 ns (5us) 10000 s (2.7 hours)Disk access 8000000 ns (8ms) 16000000 s (185 days)Process quantum 100000000 ns (100ms) 200000000 s (6.3 years)

In blue ►Things improving very fastIn orange ►Things improving to a degreeIn red ►Things not really improving

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The “Access Time Gap”

1ns 1GHz

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Que novos tipos de processadores (desktop/server)?

Processadores multi-core (e.g. IBM POWER5)

Processadores com Simultaneous Multithreading (e.g. Intel Xeon 3GHz)

Múltiplos processadores(e.g. Dual AMD Opteron)

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Problema dos BUSES

Processador 3 GHz

Memória DDR 400MHz

BUS PCI 133 MB/s @ 33MHz

Disco SATA/ATA150 150 MB/s (interface)

Gigabit Ethernet 120 MB/s

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Quais as tendências actuais?

BUS: HyperTransport: > 6.4GB/sec por canal (HT2: 22.4GB/s) PCI-Express: 250 MB/s por dispositivo (norma série)

Armazenamento de Massa SATA: 150MB/s, serial, point-to-point Serial Attached SCSI (SAS): 300MB/s, serial, point-to-point

Periféricos “lentos” USB 2.0: 480 Mbps [USB1.1:

12Mbps] Firewire IEEE 1394/iLink: 800 Mbps [1394a: 400

Mbps] ... Wireless USB (WUSB)?

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O que determina o custo dos processadores?

Curva de aprendizagem Yield

... R&D

... Processo de Fabrico

... Volume de Mercado

... Competição

Pentium 4 waffer

Die

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Processo de Fabrico

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Curva de Preços de Processadores Intel

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Curva de preços de DRAM

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Diferença entre “custo” e “preço final”

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Material para ler

Computer Architecture: A Quantitative Approach Capítulo 1

1.1, 1.2, 1.4