Registradores. Memória Cache

Registradores

Registradores são dispositivos de armazenamento temporário, localizados na CPU, extremamente rápidos, com capacidade para apenas um dado (uma palavra). Devido a sua tecnologia de construção e por estar localizado na própria pastilha ("chip") da CPU, é muito caro. O conceito de registrador surgiu da necessidade da CPU de armazenar temporariamente dados intermediários durante um processamento. Por exemplo, quando um dado resultado de operação precisa ser armazenado até que o resultado de uma busca da memória esteja disponível para com ele realizar uma nova operação.

Máquinas RISC 1 são geralmente construídas com um grande conjunto de registradores, de forma a trazer os dados o mais próximo possível da CPU, desta maneira o programa opera sempre sobre dados que estão em registradores.

Registradores são VOLÁTEIS, isto é, dependem de estar energizados para manter armazenado seu conteúdo.

Memória Cache

O desenvolvimento da tecnologia de construção de CPUs, proporciou um aumento de velocidade em seu processamento, o que não aconteceu com as memórias, que não tiveram a mesma evolução de velocidade (o aperfeiçoamento das memórias se deu mais no fator capacidade). Desta forma, os tempos de acesso às memórias pela CPU, foram ficando insatisfatórios, de forma que ao buscar um dado na memória era necessário esperar muitos ciclos até que a memória retornasse o dado buscado ("wait states"), configurando um gargalo ("bottleneck") ao desempenho do sistema.

Por esse motivo, desenvolveram-se outras arquiteturas de memória privilegiando a velocidade de acesso. A arquitetura da memória cache é muito diferente da arquitetura da memória principal (MP) e o acesso a ela é muitas vezes mais rápido p.ex: 5 ns contra 70ns. Portanto, memória cache são blocos de memória SRAM (Static RAM) que se comunicam diretamente com a CPU em alta velocidade. Um circuito chamado controlador, lê os dados da memória RAM e os copia para a memória cache. Quando há necessidade para a CPU, de Instruções e dados estes são transferidos de memórias internas mais baratas e mais lentas para a memória cache. No entanto, o custo de fabricação da memória cache é muito maior que o da MP. Desta forma, não é econômico construir um computador somente com tecnologia de memória cache. Criou-se então um artifício, incorporando-se ao computador uma pequena porção de memória cache, localizada entre a CPU e a MP, e que funciona como um espelho de parte da MP. Em um computador há entre 8-64Kbytes (ou mais) de memória cachê. _

1Reduced Instruction Set Computer ou Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções , é uma linha de arquitetura de computadores que apresenta um conjunto simples e pequeno de instruções que levam aproximadamente a mesma quantidade de tempo para serem executadas. A maioria dos microprocessadores modernos são RISCs, ( DEC Alpha, SPARC, MIPS, e PowerPC). Os processadores baseados na arquitetura RISC não tem microprogramação, as instruções são executadas diretamente pelo hardware, com baixo nível de complexidade. Caracteriza-se por um conjunto reduzido e simples de instruções com formatos simples e regulares, operando sempre em registros, modos simples de endereçamento à memória, uma operação elementar por ciclo de máquina , uso de pipeline.

Desenvolveram-se ainda algoritmos que fazem com que, a cada momento, a memória cache armazene a porção de código ou dados (por exemplo, uma sub-rotina) que está sendo usado pela CPU. Esta transferência (MP <--> Cache) é feita pelo hardware: ela independe do software, que ignora se existe ou não memória cache, portanto ignora essa transferência; nem o programador nem o sistema operacional têm que se preocupar com ela.

A memória cache