A arquitetura de computadores

A arquitetura de computadores é a teoria por detrás do desenho de um computador. Da mesma maneira que um arquiteto de edifícios define os principios e os objetivos de um projeto de edificação como base dos projetos do projetista, assim também um arquiteto de computadores o faz, definindo a base das especificações do desenho do sistema. A Arquitetura de computadores pode também ser definida como a estrutura e a organização dos hardwares e se refere ao funcionamento interno do computador, como está organizada e arranjada a parte não vista pelo usuário de computador. Existem vários modos de uso do termo, que podem ser usados referindo-se a: ·a) O desenho da arquitetura do CPU do computador, o seu conjunto de instruções, "addressing modes" e técnicas, tais como paralelísmo SIMD e MIMD. ·b) Arquiteturas de hardware mais generalizadas, tais como computação em conjunto e arquiteturas NUMA (acesso não-uniforme à memória). ·c) A utilização menos formal do termo refere-se a uma descrição dos requisitos (especialmente requisitos de velocidades e interligação) ou implementação do design para as várias partes de um computador, tais como memória, placa-mãe, periféricos eletrônicos ou, mais frequentemente, CPU. A arquitetura é frequentemente definida como o conjunto de atributos da máquina que um programador deve compreender para que consiga programar o computador específico com sucesso, ou seja, para que consiga compreender o que o programa irá fazer quando da sua execução. Por exemplo, parte da arquitetura são as instruções e o raio de operadores manipulados por elas. De uma maneira semelhante, a frequência em que o sistema opera não é incluida na arquitetura. Esta definição revela as duas principais considerações dos arquitetos de computadores: (1) desenhar hardware que se comporta como o programador pensa que se irá comportar, (2)utilizar implementações existentes de tecnologias (por exemplo, semicondutores) para construir o melhor computador possível. A 2ª consideração é frequentemente referida como a microarquitetura.   Objetivos de desenho Os objetivos mais comuns numa arquitetura de computador baseiam-se na relação entre os fatores custo e prestação (ou seja, velocidade), apesar de outras considerações, tais como dimensões, peso e consumo de energia, também serem um fator tido em conta.   Memória Virtual Outro problema recorrente envolve a memória virtual. Historicamente, a memória de acesso aleatório (RAM) foi centenas de vezes mais cara que o armazenamento mecânico rotativo, isto é, discos rígidos, num computador moderno. O processador só pode executar uma instrução que esteja na memória real. O mecanismo de Memória Virtual divide a memória real em FRAMES e divide um arquivo no disco em PÁGINAS de mesmo tamanho dos frames. No disco existem muito mais páginas do que frames na memória. Sempre que for preciso uma página é copiada da memória virtual (arquivo em disco) para um frame da memória real. Surge a necessidade de saber quando é preciso copiar. Surge a necessidade de saber se um frame pode ser descartado ou se precisa ser recopiado para sua página correspondente no arquivo em disco. Sempre que uma instrução é executada a partir de um frame o hardware controlador de memória virtual testa se o dado a que ela se refere já se encontra em algum frame. Se for o caso, uma interrupção ocorre para que a rotina de tratamento cuide de copiar do disco para a memória real uma página completa contendo o dado necessário.