UMA ABORDAGEM SOBRE A REDUÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO MANTENDO A ESTABILIDADE DO PODER COMPUTACIONAL

UMA ABORDAGEM SOBRE A REDUC¸ A˜ O DO CONSUMO ENERGE´ TICO MANTENDO A ESTABILIDADE DO PODER COMPUTACIONAL

Fabiano Moreira da Silva1,Raimundo Borges dos Santos2,Vinicius Fernandes Cabral3 1Instituto Federal Goiano - Campus Rio Verde

Rodovia Sul Goiana, Km 01, Zona Rural

CEP: 75.901-970 Rio Verde - GO - Brasil

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Resumo.  Em meio a crescente evoluc¸a˜o tecnolo´gica e´ noto´rio o aumento do po- der de processamento, o paralelismo e´ um fator que contribui muito para essa evoluc¸a˜o.  Na grande maioria das vezes muito desse poder de processamento fica ocioso, assim o usua´rio tem muito mais poder computacional do que ne- cessita e consequentemente esta´ consumindo mais energia do que o necessa´rio. Com o objetivo de reduzir o consumo energe´tico sem afetar no desempenho do computador essa pesquisa visa abaixar a frequeˆncia de trabalho do processa- dor por meio de underclock e avaliar ate´ onde se pode abaixar sem afetar no rendimento das tarefas dia´rias do usua´rio, contribuindo com uma computac¸a˜o sustenta´vel.

1. Introduc¸a˜o

O ambiente computacional vem evoluindo de forma muito ra´pida,  sempre procurando atender a`  necessidade dos usua´rios que esta˜o cada vez mais exigentes.  O que a poucas de´cadas atra´s era utilizado como ferramentas para ca´lculos ra´pidos e considerado artigo de luxo, hoje o computador e´ facilmente encontrado em qualquer resideˆncia e utilizado para as mais diversas atividades tanto de uso dome´stico quanto empresarial. O recorrente uso do computador faz se pensar no impacto quanto ao consumo de energia ele´trica que e´ gerado no planeta.

Em sua grande maioria, os usua´rios mais comuns na˜o utilizam de todo o poder

computacional  oferecido  por  seu  hardware,  visto  isso,  ha´  energia  desnecessa´ria  sendo

gasta ali. Como objetivo principal, essa pesquisa procura diminuir o consumo energe´tico, avaliando a real necessidade da maioria dos usua´rios e atrave´s de ferramentas ja´ existen- tes, como underclock, ajustar o processamento para a finalidade exigida sem que afete no desempenho da tarefa.

1. Trabalhos Relacionados

Modulac¸a˜o de clock controlada por software para Otimizac¸a˜o da Eficieˆncia Energe´tica em  Processadores  Intel,  Sistema  de  Computador  Capaz  de  Modulac¸a˜o  Dinaˆmica  da Tensa˜o de Funcionamento e Frequeˆncia da CPU, Dispositivo de monitorac¸a˜o de operac¸a˜o para componente de hardware

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1. Processador

1. O que e´ o processador

O processador tambe´m conhecido como CPU(Central processing Unit) ou, em portugueˆs UCP(Unidade Central de Processamento) e´ um dos principais componentes de um com- putador, podendo ser denominado como o ce´rebro, pois ali e´ feito todo o processamento dos dados. A CPU e´ formada por um conjunto de demais componentes, sendo os prin- cipais, Unidade de Controle, Unidade Lo´gica e Aritme´tica(ULA) e os Registradores.  A subsec¸a˜o 3.2 detalhara´ mais sobre o comportamento de cada componente citado.

A sua func¸a˜o ba´sica e´ ler e interpretar dados que chegam ali considerados brutos, esses dados sa˜o manipulados passando por determinados conjuntos de instruc¸o˜es. Para se- rem processados, os dados necessitam de estar armazenados, portanto a UCP na˜o somente realiza o processamento, como tambe´m controla todo o funcionamento do sistema(busca a descric¸a˜o da operac¸a˜o a ser realizada; interpreta que tipo de operac¸a˜o devera´ ser reali- zado; localiza e busca os dados que sera˜o processados e assim por diante)[Monteiro 2005]

. Esses mesmos dados sa˜o devolvidos de forma que podera´ ser u´til. Os dados processados podem ser chamados de informac¸a˜o.

Define-se resumidamente que o ciclo ba´sico de instruc¸a˜o da UCP e´: Buscar uma instruc¸a˜o, Interpretar a instruc¸a˜o e Executar a operac¸a˜o exigida pela instruc¸a˜o.

1. Organizac¸a˜o do Processador

Como dito na sec¸a˜o anterior, a UCP e´ composta por outros dispositivos, como Registra- dores, Unidade de Ca´lculo, Unidade de Controle e muitos outros, esses constitu´ıdos de transistores. E´ de extrema importaˆncia saber o que e´ um transistor e o seu impacto perante todo desempenho do processador.

O transistor e´ o menor componente do processador, capaz de representar dois

estados ele´tricos, que forma a base bina´ria do computador. O uso da nanotecnologia para a reduc¸a˜o do tamanho do transistor que dita o ritmo da evoluc¸a˜o dos microprocessadores, pois o tamanho da espessura do transistor influencia diretamente a velocidade, capacidade e funcionalidade do processador. Atualmente processadores de u´ltima gerac¸a˜o trabalham com litografia de 14nm e 4,7 bilho˜es de transistores.

Para fins dida´ticos de facilitar o entendimento,  a UCP usada para exemplificar

sera´  uma gene´rica que executa instruc¸o˜es sequencialmente,  ou seja,  executa toda uma

instruc¸a˜o para somente depois ir para a pro´xima instruc¸a˜o.  O processador trabalha sob duas  func¸o˜es  ba´sicas,  a  func¸a˜o  processamento  e  a  func¸a˜o  de  controle.   Para  a  func¸a˜o processamento os principais componentes sa˜o a ULA, que e´ responsa´vel pelas operac¸o˜es primitivas, como soma, subtrac¸a˜o, multiplicac¸a˜o, operac¸o˜es booleanas, logo a ULA faz basicamente dois tipos de operac¸o˜es, lo´gicas e aritme´ticas, devido a isso a ULA possui dois tipos de entradas ligadas a uma sa´ıda e recebe tambe´m sinais de controle para de- terminar que tipo de operac¸a˜o sera´ feita.  O registrador, que funciona como uma espe´cie de memo´ria com maior velocidade para operac¸o˜es da ULA e/ou para guardar o resultado de uma operac¸a˜o ja´ feito pela ULA para ser reutilizada novamente pela mesma ou para armazenar,  tanto em cache quanto na memo´ria principal.   Ha´  tambe´m os registradores especiais de estados, que conte´m alguns bits espec´ıficos que sa˜o setados de acordo com que cada operac¸a˜o e´  feita, indicando por exemplo quando ocorre uma operac¸a˜o de tipo ”vai um”, ou quando a operac¸a˜o resulta em overflow.