Como os Processadores Funcionam
22/12/2005 às 21h44min por Gabriel Torres em Processadores

Introdução

Apesar de cada microprocessador ter seu próprio desenho interno, todos os microprocessadores compartilham do mesmo conceito básico – o qual explicaremos neste tutorial. Daremos uma olhada dentro da arquitetura de um processador genérico, para que assim você seja capaz de entender um pouco mais sobre os produtos da Intel e da AMD, bem como as diferenças entre eles.

O processador – que também é chamado de microprocessador, CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento) – é o encarregado de processar informações. Como ele vai processar as informações vai depender do programa. O programa pode ser uma planilha, um processador de textos ou um jogo: para o processador isso não faz a menor diferença, já que ele não entende o que o programa está realmente fazendo. Ele apenas obedece às ordens (chamadas comandos ou instruções) contidas no programa. Essas ordens podem ser para somar dois números ou para enviar uma informação para a placa de vídeo, por exemplo.

Quando você clica duas vezes em um ícone para rodar um programa, veja o que acontece:

1. O programa, que está armazenado no disco rígido, é transferido para a memória. Um programa é uma série de instruções para o processador.
2. O processador, usando um circuito chamado controlador de memória, carrega as informações do programa da memória RAM.
3. As informações, agora dentro do processador, são processadas.
4. O que acontece a seguir vai depender do programa. O processador pode continuar a carregar e executar o programa ou pode fazer alguma coisa com a informação processada, como mostrar algo na tela.

Como a informação armazenada é transferida para o processador

Figura 1: Como a informação armazenada é transferida para o processador.

No passado, o processador controlava a transferência de informações entre o disco rígido e a memória RAM. Como o disco rígido é mais lento que a memória RAM, isso deixava o sistema lento, já que o processador ficava ocupado até que todas as informações fossem transferidas do disco rígido para a memória RAM. Esse método é chamado PIO (Programmed Input/Output - Entrada/Saída Programada). Hoje em dia a transferência de informações entre o disco rígido e a memória RAM é feita sem o uso do processador, tornando, assim, o sistema mais rápido. Esse método é chamado bus mastering ou DMA (Direct Memory Access - Acesso Direto à Memória). Para simplificar nosso desenho, não colocamos o chip da ponte norte entre o disco rígido e a memória RAM na Figura 1, mas ele está lá. Caso deseje saber mais sobre esse assunto, nós já escrevemos um tutorial sobre isso.

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Processadores da AMD baseados nos soquetes 754, 939 e 940 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX, Opteron e alguns modelos de Sempron) possuem controlador de memória embutido. Isso significa que para esses processadores a CPU acessa a memória RAM diretamente, sem usar o chip da ponte norte mostrado na Figura 1.

Para melhor compreender o papel do chipset em um computador, nós recomendamos a leitura do nosso tutorial Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre Chipsets.

Clock

Afinal, o que vem a ser clock? Clock é um sinal usado para sincronizar coisas dentro do computador. Dê uma olhada na Figura 2, onde mostramos um típico sinal de clock: é uma onda quadrada passando de “0” a “1” a uma taxa fixa. Nessa figura você pode ver três ciclos de clock (“pulsos”) completos. O início de cada ciclo é quando o sinal de clock passa de “0” a “1”; nós marcamos isso com uma seta. O sinal de clock é medido em uma unidade chamada Hertz (Hz), que é o número de ciclos de clock por segundo. Um clock de 100 MHz significa que em um segundo existem 100 milhões de ciclos de clock.

Sinal de clock

Figura 2: Sinal de clock..

No computador, todas as medidas de tempo são feitas em termos de ciclos de clock. Por exemplo, uma memória RAM com latência “5” significa que vai levar cinco ciclos de clock completos para começar a transferência de dados. Dentro da CPU, todas as instruções precisam de um certo número de ciclos de clock para serem executadas. Por exemplo, uma determinada instrução pode levar sete ciclos de clock para ser completamente executada.

No que diz respeito ao processador, o interessante é que ele sabe quantos ciclos de clock cada instrução vai demorar, porque ele tem uma tabela que lista essas informações. Então se há duas instruções para serem executadas e ele sabe que a primeira vai levar sete ciclos de clock para ser executada, ele vai automaticamente começar a execução da próxima instrução no 8o pulso de clock. É claro que esta é uma explicação genérica para um processador com apenas uma unidade de execução – processadores modernos possuem várias unidades de execução trabalhando em paralelo e podem executar a segunda instrução ao mesmo tempo em que a primeira, em paralelo. A isso chamamos arquitetura superescalar e falaremos mais a esse respeito mais tarde.

Então o que o clock tem a ver com desempenho? Pensar que clock e desempenho são a mesma coisa é o erro mais comum acerca de processadores.

Se você comparar dois processadores completamente idênticos, o que estiver rodando a uma taxa de clock mais alta será o mais rápido. Neste caso, com uma taxa de clock mais alta, o tempo entre cada ciclo de clock será menor, então as tarefas serão desempenhadas em menos tempo e o desempenho será mais alto. Mas quando você compara dois processadores diferentes, isso não é necessariamente verdadeiro.

Se você pegar dois processadores com diferentes arquiteturas – por exemplo, de dois fabricantes diferentes, como Intel e AMD – o interior deles será completamente diferente.

Como dissemos, cada instrução demora um certo número de ciclos de clock para ser executada. Digamos que o processador “A” demore sete ciclos de clock para executar uma determinada instrução, e que o processador “B” leve cinco ciclos de clock para executar essa mesma instrução. Se eles estiverem rodando com a mesma taxa de clock, o processador “B” será mais rápido, porque pode processar essa instrução em menos tempo.

E há ainda muito mais no jogo do desempenho em processadores modernos, pois processadores têm quantidades diferentes de unidades de execução, tamanhos de cache diferentes, formas diferentes de transferência de dados dentro do processador, formas diferentes de processar instruções dentro das unidades de execução, diferentes taxas de clock com o mundo exterior, etc. Não se preocupe, pois nós falaremos sobre tudo isso neste tutorial.

Como o sinal de clock do processador ficou muito alto, surgiu um problema. A placa-mãe onde o processador é instalado não podia funcionar usando o mesmo sinal de clock.Se você olhar para uma placa-mãe, verá várias trilhas ou caminhos. Essas trilhas são fios que conectam vários circuitos do computador. O problema é que, com taxas de clock mais altas, esses fios começaram a funcionar como antenas, por isso o sinal, em vez de chegar à outra extremidade do fio, simplesmente desaparecia, sendo transmitido como onda de rádio.

Os fios na placa-mãe podem funcionar como antenas

Figura 3: Os fios na placa-mãe podem funcionar como antenas.

Clock Externo

Os fabricantes de processadores começaram a usar, então, um novo conceito, chamado multiplicação de clock, que começou com o processador 486DX2. Com esse esquema, que é usado em todos os processadores atualmente, o processador tem um clock externo, que é usado quando dados são transferidos de e para a memória RAM (usando o chip da ponte norte), e um clock interno mais alto.

Para darmos um exemplo real, em um Pentium 4 de 3,4 GHz, estes “3,4 GHz” referem-se ao clock interno do processador, que é obtido quando multiplicamos por 17 seu clock externo de 200 MHz. Nós ilustramos esse exemplo na Figura 4.

Clocks interno e externo em um Pentium 4 de 3,4 GHz

Figura 4: Clocks interno e externo em um Pentium 4 de 3,4 GHz..

A grande diferença entre o clock interno e o clock externo em processadores modernos é uma grande barreira a ser transposta visando aumentar o desempenho do computador. Continuando com o exemplo do Pentium 4 de 3,4 GHz, ele tem que reduzir sua velocidade em 17x quando tem que ler dados da memória RAM! Durante esse processo, ele funciona como se fosse um processador de 200 MHz!

Diversas técnicas são usadas para minimizar o impacto dessa diferença de clock. Um deles é o uso de memória cache dentro do processador. Outra é transferir mais de um dado por pulso de clock. Processadores tanto da AMD como da Intel usam esse recurso, mas enquanto os processadores da AMD transferem dois dados por ciclo de clock, os da Intel transferem quatro dados por ciclo de clock.

Transferindo mais de um dado por ciclo de clock

Figura 5: Transferindo mais de um dado por ciclo de clock.

Por causa disso, os processadores da AMD são listados como se tivessem o dobro de seus verdadeiros clocks externos. Por exemplo, um processador da AMD com clock externo de 200 MHz é listado como tendo 400 MHz. O mesmo acontece com processadores da Intel com clock externo de 200 MHz, que são listados como se tivessem clock externo de 800 MHz.

A técnica de transferir dois dados por ciclo de clock é chamada DDR (Dual Data Rate), enquanto que a técnica de transferir quatro dados por ciclo de clock é chamada QDR (Quad Data Rate).

Diagrama em Blocos de um Processador

Na Figura 6 você pode ver um diagrama em blocos básico de um processador moderno. São muitas as diferenças entre as arquiteturas da AMD e da Intel, e planejamos escrever artigos específicos sobre cada uma delas num futuro próximo. Acreditamos que entender o diagrama em blocos básico de um processador moderno seja o primeiro passo para entender como funcionam os processadores da Intel e da AMD e quais são as diferenças entre eles.

em blocos básico de um processador

Figura 6: Diagrama em blocos básico de um processador..

A linha pontilhada na Figura 6 representa o corpo do processador, já que a memória RAM está localizada fora do processador. O caminho de dados entre a memória RAM e a CPU tem geralmente largura de 64 bits (ou de 128 bits quando é usada configuração de memória “dual channel”), rodando ao clock da memória ou ao clock externo do processador, o que for mais baixo. O número de bits usado e a taxa de clock podem ser combinados em uma unidade chamada taxa de transferência, medida em MB/s. Para calcular a taxa de transferência, a fórmula é o número de bits x clock / 8. Para um sistema usando memórias DDR400 em configuração single channel (64 bits) a taxa de transferência da memória será de 3.200 MB/s, ao passo que o mesmo sistema usando memórias dual channel (128 bits) terá taxa de transferência de memória de 6.400 MB/s. Para mais informações sobre esse assunto, leia nosso tutorial Memórias DDR Dual Channel.

Todos os circuitos dentro da caixa pontilhada rodam no mesmo clock interno do processador. Dependendo do processador, algumas de suas partes internas podem até mesmo rodar a uma taxa de clock mais alta. Além disso, o caminho de dados entre as unidades do processador pode ser mais largo, isto é, transferir mais bits por ciclo de clock do que 64 ou 128. Por exemplo, o caminho de dados entre a memória cache L2 e o cache de instrução L1 em processadores modernos tem normalmente 256 bits de largura. Quanto maior o número de bits transferidos por ciclo de clock, mais rápida a transferência será feita (em outras palavras, a taxa de transferência será mais alta). Na Figura 5 usamos uma seta vermelha entre a memória RAM e a memória cache L2 e setas verdes entre todos os outros blocos para expressar as diferentes taxas de clock e largura de caminho de dados usadas.

Memória Cache

Memória cache é um tipo de memória de alto desempenho, também chamada memória estática. O tipo de memória usado na memória RAM principal do computador é chamado memória dinâmica. A memória estática consome mais energia, é mais cara e é fisicamente maior que a memória dinâmica, mas é muito mais rápida. Ela pode trabalhar no mesmo clock do processador, o que a memória dinâmica não é capaz de fazer.

Já que ir ao “mundo exterior” para buscar dados faz com que o processador trabalhe a uma taxa de clock inferior, a técnica da memória cache é usada. Quando o processador carrega um dado de uma certa posição da memória, um circuito chamado controlador de memória cache (não desenhado na Figura 6 em prol da simplicidade) carrega na memória cache um bloco inteiro de dados abaixo da atual posição que o processador acabou de carregar. Como normalmente os programas rodam de maneira seqüencial, a próxima posição de memória que o processador irá requisitar será provavelmente a posição imediatamente abaixo da posição da memória que ela acabou de carregar. Como o controlador de memória cache já carregou um monte de dados abaixo da primeira posição de memória lida pelo processador, o próximo dado estará dentro da memória cache, portanto o processador não precisa “sair” para buscar os dados: eles já estão carregados na memória cache embutida no processador, os quais ela pode acessar à sua taxa de clock interna.

O controlador de cache está sempre observando as posições de memória que estão sendo carregadas e carregando dados de várias posições de memória depois da posição de memória que acaba de ser lida. Para darmos um exemplo real, se o processador carregou dados armazenados no endereço 1.000, o controlador de cache carregará dados do endereço “n” após o endereço 1.000. Esse número “n” é chamado página; se um dado processador está trabalhando com páginas de 4 KB (que é um valor típico), ele carregará dados de 4.096 endereços abaixo da atual posição de memória que está sendo carregada (endereço 1.000 em nosso exemplo). A propósito, 1 KB é igual a 1.024 bytes, por isso 4 KB é igual a 4.096 e não 4.000. Na Figura 7 nós ilustramos esse exemplo.

Como funciona o controlador de memória cache

Figura 7: Como funciona o controlador de memória cache..

Quanto maior a memória cache, maiores são as chances de que a informação necessária ao processador já esteja lá, então o processador precisará acessar diretamente a memória RAM com menos freqüência, e assim aumentando o desempenho do sistema (apenas lembre-se que toda vez que o processador precisa acessar a memória RAM diretamente, ele precisa diminuir sua taxa de clock para essa operação).

Chamamos de “acerto” (“hit”) quando o processador carrega uma informação requisitada do cache, e de “erro” (“miss”) se a informação requisitada não está lá e o processador precise acessar a memória RAM do sistema.

L1 e L2 significam “nível 1” (Level 1) e “nível 2” (“Level 2”), respectivamente, e referem-se à distância em que se encontram do núcleo do processador (unidade de execução). Uma dúvida comum é porque ter três memórias cache distintas (cache de dados L1, cache de instrução L1 e L2). Preste atenção na Figura 6 e você verá que o cache de instrução L1 funciona como “cache de entrada”, enquanto o cache de dados L1 funciona como “cache de saída”. O cache de instrução L1 – que é geralmente menor que o cache L2 – é particularmente eficiente quando o programa começa a repetir uma pequena parte dele (loop), porque as instruções requisitadas estarão mais próximas da unidade de busca.

Na página de especificações de um processador o cache L1 pode ser encontrado com diferentes tipos de representação. Alguns fabricantes listam duas memórias cache L1 separadamente (algumas vezes chamando o cache de instrução de “I” e o cache de dados de “D”), alguns acrescentam a soma dos dois e escrevem “separados” – então “128 KB, separados” significa 64 KB cache de instrução e 64 KB de cache de dados –, e alguns simplesmente somam os dois e você tem que adivinhar que o número é o total e que você deve dividi-lo por dois para saber a capacidade de cada cache. A exceção, entretanto, fica com os processadores Pentium 4 e os Celeron mais novos, baseados nos soquetes 478 e 775.

Os processadores Pentium 4 (e processadores Celeron soquetes 478 e 775) não possuem cache de instrução L1. Em vez disso eles possuem cache de rastreamento de execução, que é um cache localizado entre a unidade de decodificação e a unidade de execução. Portanto, o cache de instrução L1 está lá, mas com nome e lugar diferentes. Estamos falando isso porque esse é um erro muito comum, pensar que processadores Pentium 4 não possuem cache de instrução L1. Então, quando comparam o Pentium 4 com outros processadores, alguns podem achar que seu cache L1 é muito menor, porque estão contando apenas o cache de dados L1 de 8 KB. O cache de rastreamento de execução dos processadores Pentium 4 e Celeron é de 150 KB e deve ser levado em conta, é claro.

Processamento de Desvios

Como dissemos várias vezes, um dos principais problemas para o processador é ter muitos erros de cache, porque a unidade de busca tem que acessar diretamente a memória RAM lenta, e assim deixar o sistema lento.

Normalmente o uso da memória cache evita bem isso, mas existe uma situação típica em que o controlador de cache falha: desvios condicionais. Se no meio do programa houver uma instrução chamada JMP (“jump” ou “vá para”) mandando o programa para uma posição de memória completamente diferente, essa nova posição não será carregada na memória cache L2, fazendo com que a unidade de busca vá buscar aquela posição diretamente na memória RAM. Para resolver essa questão, o controlador de cache de processadores modernos analisa o bloco de memória carregado e sempre que encontrar uma instrução JMP lá carregará o bloco de memória para aquela posição na memória cache L2 antes que o processador alcance aquela instrução JMP.

Situação de desvio incondicional

Figura 8: Situação de desvio incondicional..

Isso é bastante fácil de implementar, o problema é que quando o programa apresenta um desvio condicional, isto é, o endereço para onde o programa deve se dirigir depende de uma condição até então desconhecida. Por exemplo, se a =< b salta para o endereço 1, ou se a > b salta para o endereço 2. Nós ilustramos esse exemplo na Figura 9. Isso resultaria em um erro de cache, porque os valores de a e b são desconhecidos e o controlador de cache estaria procurando apenas por instruções do tipo JMP. A solução: o controlador de cache carrega ambas as condições na memória cache.Mais tarde, quando o processador processar a instrução de desvio condicional, ele simplesmente descartará aquela que não foi escolhida. É melhor carregar a memória cache com dados desnecessários do que acessar diretamente a memória RAM.

Situação de desvio condicional

Figura 9: Situação de desvio condicional.

Processando Instruções

A unidade de busca é encarregada de carregar as instruções da memória. Primeiro ela vai verificar se a instrução requisitada pelo processador está no cache de instrução L1. Caso não esteja, ela vai para a memória cache L2. Se a instrução também não estiver lá, então ela tem que carregar diretamente da lenta memória RAM do sistema.

Quando você liga seu computador todos os caches estão vazios, é claro, mas na medida em que o computador começa a carregar o sistema operacional, o processador começa a processar as primeiras instruções carregadas do disco rígido, fazendo com que o controlador de cache comece a carregar os caches e começar o espetáculo.

Depois que a unidade de busca pegou a instrução requisitada pelo processador para ser processada, ela a envia para a unidade de decodificação.

A unidade de decodificação irá então verificar o que aquela instrução específica faz. Ela faz isso através de consulta à memória ROM que existe dentro do processador, chamada microcódigo. Cada instrução que um determinado processador compreende possui seu próprio microcódigo. O microcódigo vai “ensinar” ao processador o que fazer. É como um guia passo-a-passo para cada instrução. Se a instrução carregada é, por exemplo, somar a+b, seu microcódigo dirá à unidade de decodificação que são necessários dois parâmetros, a e b. A unidade de decodificação vai então requisitar que a unidade de busca pegue a informação presente nas duas posições de memória seguintes, que seja compatível com os valores para a e b. Depois que a unidade de decodificação “traduziu” a instrução e coletou todas as informações necessárias para executar a instrução, ela irá passar todas as informações e o “guia passo-a-passo” sobre como executar aquela instrução para a unidade de execução.

A unidade de execução irá então finalmente executar a instrução. Em processadores modernos você encontrará mais de uma unidade de execução trabalhando em paralelo. Isso é feito para aumentar o desempenho do processador. Por exemplo, um processador com seis unidades de execução é capaz de executar seis instruções em paralelo, então, na teoria, ele pode alcançar o mesmo desempenho que seis processadores dotados de apenas uma unidade de execução. Esse tipo de arquitetura é chamado de arquitetura superescalar.

Normalmente processadores modernos não possuem diversas unidades de execução idênticas; eles têm unidades de execução especializadas em um tipo de instruções. O melhor exemplo é a unidade de ponto flutuante (FPU, Float Point Unit, também chamada “co-processador matemático”), que é encarregada de executar instruções matemáticas complexas. Geralmente entre a unidade de decodificação e a unidade de execução existe uma unidade (chamada unidade de despacho ou agendamento) encarregada de enviar a instrução para a unidade de execução correta, isto é, caso a instrução seja uma instrução matemática, ela a enviará para a unidade de ponto flutuante e não para uma unidade de execução “genérica”. A propósito, unidades de execução “genéricas” são chamadas ALU (Arithmetic and Logic Unit) ou ULA (Unidade Lógica e Aritmética).

Finalmente, quando o processamento termina, o resultado é enviado para o cache de dados L1. Continuando com nosso exemplo de soma a+b, o resultado será enviado para o cache de dados L1. Esse resultado pode ser então enviado de volta para a memória RAM ou para outro lugar, como a placa de vídeo, por exemplo. Mas isso vai depender da próxima instrução que será processada em seguida (a instrução seguinte pode ser “imprima o resultado na tela”).

Outra função interessante que todos os microprocessadores possuem há muito tempo é chamada de “pipeline”, que é a capacidade de ter várias instruções diferentes em vários estágios do processador ao mesmo tempo.

Depois que a unidade de busca enviou a instrução para a unidade de decodificação, ela ficará ociosa, certo? Então, em vez de ficar fazendo nada, que tal mandar a unidade de busca pegar a próxima instrução? Quando a primeira instrução for para a unidade de execução, a unidade de busca pode enviar a segunda instrução para a unidade de decodificação e pegar a terceira instrução, e por aí vai.

Em um processador moderno com um pipeline de 11 estágios (estágio é outro nome para cada unidade do processador), ele provavelmente terá 11 instruções dentro dele ao mesmo tempo quase o tempo todo. Na verdade, visto que todos os processadores modernos possuem arquitetura superescalar, o número de instruções simultâneas dentro do processador será até maior.

Além disso, em um processador de 11 estágios, uma instrução terá que passar por 11 unidades para que seja completamente executada. Quanto maior o número de estágios, mais tempo uma instrução vai demorar para que seja totalmente executada. Por outro lado, tenha em mente que, por causa desse conceito, várias instruções podem estar rodando ao mesmo tempo dentro do processador. A primeira instrução carregada pelo processador pode demorar 11 passos para sair dele, mas uma vez que estiver fora, a segunda instrução sairá logo depois (e não outros 11 passos depois).

Existem muitos outros truques usados pelos processadores modernos para aumentar o desempenho. Nós explicaremos dois deles, execução fora de ordem (OOO, out-of-order execution) e execução especulativa.

Execução Fora de Ordem (OOO)

Lembra que dissemos que processadores modernos possuem diversas unidades de execução trabalhando em paralelo? Nós também dissemos que existem tipos diferentes de unidades de execução, como a ALU (Unidade Lógica Aritmética), que é uma unidade de execução genérica, e a FPU (Unidade de Ponto Flutuante), que é uma unidade de execução matemática. Apenas como exemplo genérico para entendermos o problema, digamos que um determinado processador possua seis unidades de execução, quatro “genéricas” e duas de ponto flutuante. Digamos também que o programa tenha o seguinte fluxo de instruções em um dado momento.
1. instrução genérica
2. instrução genérica
3. instrução genérica
4. instrução genérica
5. instrução genérica
6. instrução genérica
7. instrução matemática
8. instrução genérica
9. instrução genérica
10. instrução matemática

O que vai acontecer? A unidade de despacho/agendamento enviará as primeiras quatro instruções às quatro ALUs mas, na quinta instrução, o processador precisará esperar que uma de suas ALUs fique livre para continuar o processamento, já que todas as suas quatro unidades de execução genéricas estarão ocupadas. Isso não é bom, porque ainda teremos duas unidades matemáticas (FPUs) disponíveis, e elas estarão ociosas. Portanto, um processador com mecanismo de execução fora de ordem (todos os processadores modernos têm essa função) vai analisar a próxima instrução e ver se ela pode ser enviada a uma das unidades ociosas. Em nosso exemplo isso não é possível, porque a sexta instrução também precisa de uma ALU para ser processada. O mecanismo de execução fora de ordem continua sua busca e descobre que a sétima instrução é uma instrução matemática que pode ser executada em uma das FPUs disponíveis. Como a outra FPU continuará disponível, ele vai vasculhar o programa em busca de oura instrução matemática. Em nosso exemplo, ele vai passar pelas instruções oito e nove e carregará a décima instrução.

Em nosso exemplo, as unidades de execução estarão processando, ao mesmo tempo, a primeira, a segunda, a terceira, a quarta, a sétima e a décima instruções.

O nome fora de ordem vem do fato de que o processador não precisa esperar; ele pode puxar uma instrução do fundo do programa e processá-la antes que instruções acima dela sejam processadas. É claro que a execução fora de ordem não pode ficar indefinidamente procurando por uma instrução se não puder encontrar imediatamente uma para ser executada em paralelo. A execução fora de ordem de todos os processadores tem um limite de profundidade até onde podem ir procurar por instruções (um valor típico seria 512).

Execução Especulativa

Vamos supor que uma dessas instruções genéricas é um desvio condicional. O que a execução fora de ordem vai fazer? Se o processador implementar uma função chamada execução especulativa (todos os processadores modernos fazem isso), ele executará ambos os desvios. Considere o exemplo abaixo:
1. instrução genérica
2. instrução genérica
3. se a=<b vá para instrução 15
4. instrução genérica
5. instrução genérica
6. instrução genérica
7. instrução matemática
8. instrução genérica
9. instrução genérica
10. instrução matemática

15. instrução matemática
16. instrução genérica

Quando o mecanismo da execução fora de ordem analisar este programa, ele vai puxar a instrução 15 para uma das FPUs, já que ele vai precisar de uma instrução matemática para preencher uma das FPUs que estariam ociosas. Então, em um dado momento, podemos ter ambos os desvios sendo processados ao mesmo tempo. Se quando o processador terminar de processar a terceira instrução a for maior que a b, então o processador irá simplesmente descartar o processamento da instrução 15. Você pode achar que isso é perda de tempo, mas na verdade não é. Não custa nada ao processador executar aquela instrução específica, porque a FPU estaria ociosa de qualquer maneira. Por outro lado, se a=<b o processador terá um aumento no desempenho, já que quando a instrução 3 pedir a instrução 15 ela já terá sido processada, indo direto para a instrução 16 ou até mais longe, se a instrução 16 também já tiver sido processada em paralelo pelo mecanismo de execução fora de ordem.

É claro que tudo que explicamos neste tutorial é uma simplificação para fazer com que esse tema tão técnico fique um pouco mais fácil de ser entendido.

Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Como-os-Processadores-Funcionam/1145

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