Conceitos Fundamentais de Arquitetura de Computadores e Comunicação Digital

Conceitos Fundamentais de Arquitetura e Comunicação

Funcionamento da Memória Cache

A memória cache permite um acesso muito mais rápido aos dados. O processo inicia com a CPU solicitando um endereço (RA). O sistema verifica se o bloco contendo RA está na cache:

• Se sim: A palavra RA é buscada na cache e entregue à CPU.
• Se não: A memória principal é acessada para o bloco contendo RA. Uma linha da cache é alocada para esse bloco, que é então carregado da memória principal para a cache, e a palavra RA é entregue à CPU.

Diferenças entre Arquiteturas RISC e CISC

• CISC (Complex Instruction Set Computer):
  • Possui um conjunto de instruções muito grande e complexo.
  • Pode ser mais rápida para compilar, pois poucas linhas de comando podem representar operações complexas.
  • Instruções complexas podiam ser executadas em hardware em paralelo.
  • O principal desafio dessa arquitetura é a manutenção da compatibilidade.
• RISC (Reduced Instruction Set Computer):
  • Possui um conjunto de instruções pequeno e simplificado.
  • Se forem necessárias instruções mais complexas, o programador deve escrever toda a rotina.
  • A principal motivação é iniciar as instruções a cada ciclo, o que leva a uma execução mais rápida do programa.

DSP vs. GPP: Eficiência no Processamento de Sinais

Os DSPs (Digital Signal Processors) são microprocessadores especializados em processamento digital de sinais. Eles se destacam por:

• Ter a capacidade de repetir em extrema velocidade uma instrução complexa.
• Possuírem hardware adicional, como unidade de ponto flutuante e multiplicador de ponto flutuante, otimizados para tarefas de processamento de sinais.

Em contraste, os GPPs (General Purpose Processors), como os encontrados em computadores pessoais, geralmente não possuem unidades de ponto flutuante dedicadas ou multiplicadores de ponto flutuante otimizados para DSP, resultando em um desempenho inferior para essas aplicações.

Comparativo: Padrões de Comunicação RS232 e RS485

• RS232:
  • Comunicação ponto a ponto.
  • Baseada na conexão entre um DTE (Data Terminal Equipment) e um DCE (Data Communication Equipment).
  • Foi amplamente substituída por USB devido às altas velocidades e maior flexibilidade do USB.
• RS485:
  • Permite conectar vários dispositivos no mesmo barramento (multidrop).
  • Disponível em modos half-duplex e full-duplex.
  • Oferece velocidades de até 10 Mbit/s.

Comunicação Serial Síncrona vs. Assíncrona

• Comunicação Síncrona:
  • Além do canal de dados, há um canal de sincronismo (clock) para manter o transmissor e o receptor sincronizados.
  • Quem gera o sinal de clock é o mestre, e o escravo o utiliza (pela borda de subida ou descida) para capturar a informação.
• Comunicação Assíncrona:
  • Não há uma linha de sincronismo dedicada.
  • O sincronismo é garantido pela precisão do clock de cada elemento.
  • Utiliza marcadores (bits de início e fim) para que o escravo saiba quando uma transmissão iniciou e terminou.

DRAM vs. SRAM: Tecnologias de Memória RAM

• DRAM (Dynamic Random Access Memory):
  • É construída com capacitores.
  • Apresenta problemas de fuga de carga devido à descarga capacitiva.
  • Para não perder informação, precisa de um ciclo de refresh periódico.
  • São mais lentas e mais baratas.
• SRAM (Static Random Access Memory):
  • É construída com flip-flops.
  • Mantém a informação enquanto energizada, sem a necessidade de refresh.
  • São mais rápidas e mais caras.

Parâmetros Essenciais da Memória

Os principais parâmetros relacionados à memória incluem:

• Tempo de acesso
• Capacidade
• Ciclo de memória
• Taxa de transferência

Hierarquia de Memória: Custo, Capacidade e Velocidade

A hierarquia de memória serve para resolver o dilema do projetista relacionado ao custo, capacidade e velocidade. Ao longo da hierarquia (do nível mais próximo ao processador para o mais distante), observamos as seguintes tendências:

• Capacidade: Aumenta (menor para maior).
• Atraso (Latência): Aumenta (menor para maior).
• Frequência de Acesso: Diminui (maior para menor).
• Custo por Bit: Diminui (maior para menor).
• Velocidade: Diminui (maior para menor).

Função da Unidade de Controle (UC)

A Unidade de Controle (UC) é responsável por gerar todos os sinais de controle e identificar as instruções para que a Unidade Lógica e Aritmética (ULA) possa operar corretamente.