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A teoria do Gargalo de Von Neumann, diretamente ligada à história da computação mundial, informa que a taxa de transferência do sistema se limita ao tempo que o processador leva para receber informações da memória RAM. Isso provoca uma queda de desempenho no equipamento. Agora, veja mais informações e curiosidades sobre o que é e por que o Gargalo de Von Neumann é tão importante para a computação moderna.
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Quem foi John von Neumann?
Nascido em Budapeste, em 1903, John von Neumann era um matemático e cientista de renome. Sua inteligência excepcional foi notada desde a infância, e ele se estabeleceu como um dos cientistas mais influentes do século XX.
Durante a Segunda Guerra Mundial, Neumann contribuiu para o Projeto Manhattan em Los Alamos, que resultou na criação da bomba atômica. Além disso, em 1945, ele fez uma contribuição significativa para a informática ao participar do projeto do ENIAC, o primeiro computador desenvolvido para fins militares.
No mesmo ano, o matemático lançou um artigo intitulado Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC). Ele propôs que os computadores seriam estruturados em três componentes principais: uma unidade central de processamento (CPU), a memória do sistema e um conjunto de dispositivos de entrada e saída.
Isso levou ao surgimento da arquitetura de von Neumann e à habilidade dos computadores de armazenar informações e serem reprogramáveis, o que eventualmente resultou nos PCs que utilizamos hoje.
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O que é a Arquitetura de von Neumann?
Von Neumann transformou grandes máquinas de calcular em complexos aparelhos de armazenamento de dados, estabelecendo a arquitetura das máquinas que usamos hoje. Para que essas máquinas funcionem de maneira equilibrada e harmônica, todos os componentes devem trabalhar juntos, enviando e recebendo informações para a CPU. O objetivo é que a CPU processe todas as informações que serão exibidas na tela.
No entanto, alguns obstáculos surgem no processamento de dados. A memória RAM deve primeiro receber os dados para um processamento adequado. Em seguida, a CPU decodifica esses dados. Os núcleos executam esses dados decodificados. Finalmente, os dados processados são escritos de volta na RAM. Este caminho envolve principalmente a unidade central de processamento e suas estruturas (Unidade Lógica e Aritmética, Unidade de Controle e os Registradores), bem como a memória do sistema.
Mesmo o processador mais rápido do mundo e as memórias mais velozes da atualidade geram o Gargalo de von Neumann em um sistema. A CPU fica ociosa à espera dos dados corretos que a RAM envia sequencialmente para o processador calcular pelo barramento. Quando a CPU está ociosa, o componente não trabalha em sua plenitude, afetando o restante do sistema.
Como resolver o Gargalo de von Neumann?
A minimização do Gargalo de von Neumann foi efetivamente alcançada através da implementação de memória cache nos processadores. Segundo Costa, essa adição melhora a interação entre o processador e a RAM. A memória cache, que é uma memória auxiliar segmentada em níveis (L1, L2 e L3), possui velocidades extremamente rápidas, embora tenha uma capacidade de armazenamento limitada.
Em muitos processadores comuns, encontramos o máximo de valores entre 24 MB e 36 MB de cache L3. A tecnologia 3D V-Cache da AMD, uma exceção, pode empilhar até 128 MB de cache, mas ainda assim não supera o gargalo.
O futuro da resolução do Gargalo e a NorthPole
A IBM desenvolveu um chip de inteligência artificial chamado NorthPole, como parte de um esforço recente para superar o Gargalo de von Neumann. O diferencial do NorthPole em relação a outros chips é a integração da memória RAM diretamente no componente, o que acelera a transmissão de dados. Embora ainda esteja em fase de testes, o NorthPole é projetado para aplicações que incluem detecção e segmentação de imagens, classificação de vídeos e reconhecimento de voz.
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