Organização Básica de Computadores

Rodolfo Azevedo

MC404 - Organização Básica de Computadores e Linguagem de Montagem

http://www.ic.unicamp.br/~rodolfo/mc404

Tamanho de variáveis

char, short, int e long também podem ser unsigned mantendo o tamanho

Classificação de memórias

• As memórias podem ser classificadas em relação ao uso que se faz delas:
  • Principal: Fica próxima ao computador e armazena dados e programas para serem executados/utilizados
  • Secundária: Armazena dados e programas que precisam ser carregados para a memória principal para serem executados/utilizados.
• Elas também podem ser classificadas em relação à capacidade de reter dados:
  • Voláteis: Perdem os dados quando a energia é desligada
  • Não voláteis: Mantém os dados mesmo quando a energia é desligada

Tipos de Memória

• RAM: Memória de acesso aleatório volátil. Utilizada como memória principal dos dispositivos computacionais. Tipicamente têm dois tipos:
  • SRAM: Memória estática, mais rápida mas mais cara. Geralmente utilizada em pequena quantidade (em registradores, caches)
  • DRAM: Memória dinâmica, mais lenta e mais barata. Geralmente utilizada em grande quantidade (memória principal), como DDR4 e DDR5
• ROM: Memória de acesso aleatório não volátil. Utilizada como memória secundária dos dispositivos computacionais. O caso mais comum é o da memória flash, a mesma do seu pendrive, mas que também serve para armazenar dados no seu celular e notebook (SSD).
• Disco: Para maiores quantidades de armazenamento, existem os discos rígidos (HDD).

Revisando a organização da memória

• Seu programa é carregado do disco (ou SSD) para a memória principal (RAM)
• Todo programa só pode ser executado na memória principal
• A memória principal é endereçada em bytes mas, no caso do RISC-V, é acessada por palavras (4 bytes)

Fluxo de desenvolvimento de código

Ferramentas de desenvolvimento de código

• Compilador: Traduz o código fonte para assembly
• Assembler (ou montador): Traduz o assembly para código objeto
• Linker (ou ligador): Liga os arquivos de código objeto em um único executável
• Debugger (ou depurador): Ferramenta para depurar o código

É necessário padronizar os formatos de arquivos para que os programas possam se comunicar. Por exemplo, o formato de arquivos executáveis é o ELF (Executable and Linkable Format) para Linux. Para Windows, é o PE (Portable Executable).

E quanto aos periféricos?

• Do ponto de vista do processador, periféricos são apenas outros itens acessados numa região específica de memória
• O processador não sabe se o dado está na memória principal ou em um periférico
  • O processador sabe apenas enviar um endereço e um comando de leitura
  • Se o endereço corresponder à memória, a memória será ativada e retornará o dado
  • Se o endereço corresponder a um periférico, o periférico será ativado e retornará o dado
• Quem tem essa informação é o programador
• O periférico pode ficar atrás da proteção do sistema operacional assim como o sistema de memória

RISC vs CISC

• O conjunto de instruções de um processador pode ser complexo ou simples
  • CISC: Complex Instruction Set Computer
  • RISC: Reduced Instruction Set Computer
• Esse conceito foi mudando um pouco com o tempo, hoje temos ISAs RISC com muitas instruções e com um bom grau de complexidade
• Arquiteturas RISC são baseadas em modelos load/store onde todo o acesso à memória só se dá através de instruções explicitas
• É comum arquiteturas RISC possuírem mais registradores
• É comum arquiteturas CISC possuírem instruções com mais sub-ações
• É comum arquiteturas CISC serem implementadas total ou parcialmente com microinstruções

Multicore vs Multithread

• Multicore: Processadores com múltiplos núcleos
  O modelo de fabricação inclui mais de uma unidade de processamento (núcleo) independente dentro do processador. Assim temos processadores de 4 núcleos, 8 núcleos, etc. Cada um funciona como um processador independente, mas compartilham a mesma memória principal.
• Multithread: Processadores capazes de executar múltiplas threads
  Um programa precisa de, no mínimo, uma thread. Essa é a menor unidade de execução possível. Um núcleo de processador pode ser capaz de executar multithread, o que significa que ele é capaz de executar múltiplas threads simultaneamente.

Nenhum programa de MC102 que você fez era multithread!

Codificação das instruções

• Cada instrução precisa ser codificada em uma sequência de bits para que o processador consiga identifica-la
• Para fins dessa disciplina e a versão do processador RISC-V que estamos utilizando, todas as instruções são codificadas em 32 bits
• Deve ser possível, em 32 bits, codificar a instrução, os registradores e o imediato sempre que necessário
• Algumas decisões de projeto são necessárias para conseguir cumprir esse requisito

Formato de instruções

Agora que você já sabe os formatos de instruções

• Entendeu que há um limite no número total de registradores (32)?
• Entendeu que há um limite no número máximo de registradores que uma instrução pode utilizar?
• Entendeu que há um limite no tamanho do imediato para as instruções?