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

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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.

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A segunda func¸a˜o, que e´ a func¸a˜o de controle e´ organizada da seguinte forma: A a´rea de controle do Processador, capaz de controlar quem vai fazer e como fazer tal operac¸a˜o no momento adequado e seus principais componentes sa˜o UC(Unidade de Con- trole), Relo´gio(clock), Registrador de Instruc¸a˜o(RI), Contador de Instruc¸a˜o(CI), Decodi- ficador de instruc¸a˜o, Registrador de Dados da Memo´ria(RDM) e Registrador de Enderec¸o de Memo´ria(RDM).

A UC e´ a parte mais complexa do processador, ligado f´ısica e logicamente aos principais componentes do processador, este dispositivo possui a lo´gica para mover dados para os seus determinados locais, isso e´ feito em pulsos - per´ıodos de tempo - pre´-fixados emitidos pelo relo´gio. O relo´gio(clock) emite sinais para ”marcar”um ciclo(pulso) - in´ıcio de uma subida(ou descida) ate´ o in´ıcio de outra subida(ou descida) - o tempo gasto para

se obter um ciclo e´

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chamado de per´ıodo, a frequeˆncia do processador e´

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dada pelo in-

verso do per´ıodo. Ainda na func¸a˜o de controle temos o Registrador de Instruc¸o˜es(RI), que apo´s concluir o ciclo de busca de instruc¸a˜o, a instruc¸a˜o a ser processada fica ar-

mazenada nesse registrador espec´ıfico. O Contador de Instruc¸o˜es(CI) e´ o registrador

responsa´vel por armazenar o enderec¸o da pro´xima instruc¸a˜o, extremamente importante,

pois assim e´ feita a sequencialidade de um programa. O Decodificador de Instruc¸a˜o

e´ o dispositivo comunica a` UC que operac¸a˜o devera´ ser feita, visto que sa˜o muitas as operac¸o˜es poss´ıveis, as instruc¸o˜es possuem co´digos que identificam quais instruc¸o˜es de- vera˜o ser realizadas, apo´s receber os sinais do Decodificador a UC envia os sinais para os locais espec´ıficos. RDM e REM sa˜o os registradores utilizados pelo processador e memo´ria para comunicac¸a˜o e transfereˆncia de informac¸o˜es.[Monteiro 2007] Para o fun- cionamento do ciclo de instruc¸a˜o, basicamente sa˜o seguidos os seguintes passos: (1)

Trazer a pro´xima instruc¸a˜o da memo´ria ate´ o registrador de instruc¸a˜o. (2) Alterar o

contador de programa para que aponte para a pro´xima instruc¸a˜o.(3) Determinar o tipo de instruc¸a˜o trazida. (4) Se a instruc¸a˜o usar uma palavra na memo´ria, determinar onde essa palavra esta´. (5) Trazer a palavra para dentro de um registrador da CPU, se ne- cessa´rio. (6) Executar a instruc¸a˜o. (7) Voltar a` etapa 1 para iniciar a execuc¸a˜o da instruc¸a˜o seguinte[Tanenbaum and Austin 2013].

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Comportamento do Processador no SO

Os sistemas operacionais sa˜o munidos com kernel como um nu´cleo do sistema, a parte do sistema que faz a interac¸a˜o com hardware. Portanto na˜o somente o hardware dita o desempenho do computador, como tambe´m o sistema operacional e´ importante por ter a func¸a˜o de gerenciar o hardware, quem faz isso de forma mais eficiente, consume menos recurso, e consequentemente pode se tirar proveito quanto ao consumo energe´tico.

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Underclock

Underclock consiste em diminuir a frequeˆncia de operac¸a˜o de um componente espec´ıfico do computador. Desta forma, faz-se com que o processador, placa de v´ıdeo ou memo´ria RAM trabalhem numa velocidade mais baixa do que eles sa˜o capazes. Numa analogia simples, e´ como se um carro estivesse andando abaixo da velocidade m´ınima de uma via.

No processo de underclock, a reduc¸a˜o de tensa˜o acontece em cascata. Um con- sumo menor do processador leva a um menor consumo da memo´ria RAM e da placa

gra´fica, o que diminui tambe´m o calor que e´ dissipado no hardware da ma´quina. Por

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estarem resfriados, os componentes exigem menos dos coolers, reduzindo os ru´ıdos e o consumo de energia.

Para realizar o processo