Desempenho de CPU e Sistemas Operacionais

Tipos de Computadores

• Computador Pessoal (PC): display gráfico, teclado, software de terceiros, uso individual
• Servidores: executam programas simultaneamente, acessados via rede, múltiplos utilizadores
• Super Computadores: alto desempenho, múltiplos processadores, acesso a programas computacionalmente "pesados", custo elevado, configurados como servidores para vários utilizadores
• Computadores Embedded (incorporados): computadores dentro de outro dispositivo, executam aplicações pré-determinadas, integrados em automóveis, televisões, máquinas de lavar, etc.
• Dispositivos Móveis (PMD): dispositivos portáteis, conectividade à internet, softwares instalados por download (apps), ex: smartphones , tablets.

Clusters de Servidores

• Clusters de servidores: formados por vários servidores, usado em centros de dados
• Computação em nuvem: distribui aplicações por vários computadores do cluster.
• Saas (Software as a Service): softwares executados na nuvem, acesso pela internet, poupando espaço

Unidades de Informação

• Bits: dígitos binários (0's e 1's)
• Bytes: 8 bits
• KB (Kilobyte), MB (Megabyte), GB (Gigabyte), TB (Terabyte), PB (Petabyte): unidades de informação usadas na conveniência de cálculos, na base binária, usadas por programadores

Oito Grandes Ideias em Arquitetura de Computadores

• 1ª Lei de Moore: os circuitos integrados duplicam sua capacidade a cada 18-24 meses.
• Abstração: camadas superiores abstraem os detalhes das camadas inferiores, o software torna-se mais tratável.
• Rapidez dos casos comuns: investir em casos frequentes e fáceis.
• Desempenho através do paralelismo: realizar várias operações simultaneamente para maior desempenho.
• Pipelining: separar uma tarefa em etapas sequenciais e processar as etapas simultaneamente.

Camadas de Abstração

• Aplicações / Software
• Sistema operativo Sistemas
• Compilador
• Linguagem "assembly"
• Linguagem máquina

Entrada & Saída

• Output: ecrã de cristal líquido (LCD), pixel, resolução (pixels na horizontal x verticais), cada pixel com 3 bytes (24 bits).
• Input: teclado, rato, microfone, ecrã, impressora, altifalantes, caminho de dados, memória, CPU (processador).

CPU

• Frequência de relógio, Ciclo do CPU, tempo de execução.

Barreira de Energia

• Frequência do relógio está diretamente relacionada à energia necessária para o funcionamento do CPU.
• Uniprocessadores vs. Multiprocessadores: dificuldade em processar tudo em simultâneo.
• Benchmark: conjunto de programas, para testes e comparação do desempenho de computadores.

Leis de Amdahl

• Aumento do desempenho possível em um sistema é limitado pelo grau de uso dessa melhoria.

Máquinas de Estados

• Representam sistemas com um número limitado de estados.
• Diagramas de transição de estados: mostram as mudanças de estados e as transições entre eles.

Abstração e Comunicação entre Camadas

• Níveis de abstração em um computador.
• Aplicações, linguagens, bibliotecas, sistemas operativos.
• Aplicações, circuitos integrados, portas lógicas.

Aplicações (Software)

• Programas utilizados pelos utilizadores.
• Linguagens de programação: permitem aos programadores criar programas e softwares.
• Linguagens de alto nível: abstração, conceitos afastados dos detalhes do hardware.
• Linguagem de baixo nível: proximidade ao hardware.

Bibliotecas Vs. Frameworks

• Bibliotecas: o programador tem o controlo (flexibilidade).
• Frameworks: o framework controla a estrutura (menos flexibilidade).

Sistemas Operativos (SO)

• Gerencia o computador.
• A maior parte dos SO já inclui aplicações básicas, como editor de texto e calculadora.
• Kernel: núcleo do sistema operativo.
• Escalonamento: garante que as tarefas sejam executadas de forma eficiente.

Paralelismo

• Multiprocessador: Sistema com dois ou mais processadores.
• Paralelismo em nível de processamento/tarefa: executar programas simultaneamente em processadores diferentes.
• Programação paralela: programar um programa para ser executado simultaneamente.
• Cluster: conjunto de computadores ligados em rede.

Construção de Programas Paralelos

• Divisão do programa em partes que podem ser executadas em paralelo.
• Sincronização de threads: evitar que os processadores interfiram uns nos outros.
• Minimizar a comunicação: reduzir a necessidade de troca de dados.

Multithreading no Hardware

• Threads partilham as unidades funcionais do processador.
• Threads mais leves do que processos, partilham o mesmo contexto de memória.
• Multithreading: forma de otimizar o processador e reduzir o tempo de espera quando threads sofrem interrupções.
• Multithreading, variações quanto a tempo de interrupções
• SMP (Shared memory multiprocessor): Espaço de memórias partilhado.

Organização CLÁSSICA de um SMP

• Processadores, caches, conectividade, memória, I/O.
• Modelos de memória: UMA, NUMA (acessível a todos).
• Comunicação entre processadores: uso comum de memória (e caches associados).

Unidades de Processamento Gráfico (GPU)

• GPU é altamente paralela, com diversos processadores.
• Mais velozes em tarefas específicas que requerem muitos cálculos, como jogos e processamento de imagens.
• Complementam a CPU, não substituem.
• Multithreading como forma de aumentar seu desempenho.

Clusters e Computação de Grande Escala

• Clusters são formados por vários computadores trabalhando em conjunto,
• Geralmente com um sistema de comunicação eficiente e partilham memória.

POS – Computação na Nuvem

• Diferentes modelos de computação na nuvem são oferecidas a diversos níveis.
• Infraestrutura, plataforma e aplicativo.
• Benchmarks de Desempenho: programas para testar os sistemas.
• Modelos de Desempenho: usados para medir os resultados, com diferentes parâmetros e pontos de medição.

Introdução: Administração de Sistemas

• Planear, criar redes e garantir backups.
• Administrar contas de utilizador, softwares, segurança.
• Objetivos: garantir um ambiente de trabalho eficaz, seguro e eficiente para os utilizadores.

O Suporte de Utilizador

• Acesso à informação e recursos do sistema, para as tarefas dos utilizadores.
• Diferença entre contas normais e de superutilizador.