E
STRUTURA E
F
UNCIONAMENTO
DO
C
OMPUTADOR
Prof. Filippo Valiante Filho
Estrutura do Computador
Computador
CPU (Central Processing Unit)
Sistema de Armazenamento
(Memórias)
Sistema de E/S
Barramentos
Estrutura do Computador (ii)
CPU
ULA – Unidade Lógica e Aritmética.
Registradores
Unidade de armazenamento mais básica.
Unidade de Controle
Controla a perfeita execução das sequências de instruções
(programas), garantindo o sincronismo (tempo) e a ordenação
correta de cada passo; bem como, interpretando e gerando os
sinais de controle externos à CPU.
Estrutura do Computador (iii)
Sistema de Armazenamento (Memórias
)
Memória Principal (“RAM”)
Programas em execução e seus dados.
Memória Secundária
Armazenamento permanente de dados e programas.
P.Ex.: HD, memória flash, etc.
Estrutura do Computador (iv)
Sistema de Entrada e Saída (E/S)
Módulo de E/S
Controle dos periféricos.
Periféricos
Comunicação com o usuário;
Comunicação com outros computadores;
Armazenamento de dados;
Estrutura do Computador (v)
Barramento (Bus)
Meios de comunicação compartilhados entre os diversos
componentes de um computador.
Especificação lógica, elétrica e mecânica.
Ex: USB (Universal Serial Bus).
Barramentos
Tipos de Barramentos
Dados
Endereço
Controle
Interrupção
Leitura / Escrita
Reset
Clock (Relógio)
Barramentos (ii)
Largura dos Barramentos (quantidade de vias)
Endereços:
16 bits → 2
16
= 65536 = 64k posições (endereços)
Dados:
Cada posição armazena 8 bits = 1 Byte (B)
Capacidade (limite) da Memória do Computador:
Quantidade de posições X Tamanho da posição
64k posições X 1 Byte = 64kB (kilobytes) de memória RAM
Clock
Clock (Relógio)
___|¯¯¯|___|¯¯¯|
___|¯¯¯|
___|¯¯¯
1 ciclo
Frequência (f) = ciclos por segundo [Hz]
1 Hertz = 1 ciclo por segundo
Clock (ii)
Clock (Relógio)
___|¯¯¯|___|¯¯¯|
___|¯¯¯|
___|¯¯¯
1 ciclo
P.ex. para f = 2,0 GHz
T = 1 / f ∴ T = 0,5 ns = 0,5 x 10
-9
s = 0,0000000005 s
Estrutura da CPU
Unidade de
Controle
Unidade
Lógica e
Aritmética
Barramento
Interno
Regis-tradores
Estrutura da CPU (ii)
Registradores para controle da execução do programa
Contador de Programa - Program Counter (PC) ou
Instruction Pointer (IP)
Armazena o endereço da próxima instrução.
Registrador de Instrução – Instruction Register (IR)
Armazena a instrução em execução.
Estrutura da CPU (iii)
Registradores para comunicação com a memória
MAR (Memory Address Register) / Latch de Endereços
Fornece o endereço a ser acessado na memória.
MBR (Memory Buffer Register) / Latch de Dados
Estrutura da CPU (iv)
Registradores para execução das instruções
(processamento dos dados)
Acumulador (AC);
Registrador Temporário / Auxiliares;
Registrador de Status / PSW (Program Status Word) /
Flags (indicadores binários).
Estrutura da CPU (vi)
Funcionamento
do Computador
Computador executa instruções
Um programa é uma sequência de instruções.
Instrução:
Código de operação (op code)
O que deve ser feito com os...
Operandos (dados)
Funcionamento
do Computador (ii)
Atenção!
Estamos falando de
instruções de
máquina.
Instruções de baixo
nível, muito
elementares.
Funcionamento
do Computador (iii)
Ciclo de Instrução
“Algoritmo de funcionamento do computador”
Obter a instrução;
Executá-la
Ciclo de Instrução
Início
Ciclo de
Fim
Busca
Ciclo de
Execução
Stallings (2010)
Ciclo de Instrução (ii)
Busca da
instrução
Cálculo
do
endereço
da
instrução
Decodifi-cação da
instrução
Cálculo
do
endereço
do
operando
Execução
da
operação
Cálculo
do
endereço
do
resultado
Buscado
operando
Armaze-namento
do
resultado
Próxima Instrução
Ciclo de Instrução (iii)
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Busca da
instrução
Cálculo
do
endereço
da
instrução
Decodifi-cação da
instrução
Cálculo
do
endereço
do
operando
Execução
da
operação
Cálculo
do
endereço
do
resultado
Buscado
operando
Armaze-namento
do
resultado
Próxima Instrução
Execução
Busca
Ciclo de Instrução (iv)
Busca da
instrução
Cálculo
do
endereço
da
instrução
Decodifi-cação da
instrução
Cálculo
do
endereço
do
operando
Execução
da
operação
Cálculo
do
endereço
do
resultado
Buscado
operando
Armaze-namento
do
resultado
Próxima Instrução
Ciclo de Instrução (v)
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Busca da
instrução
Cálculo
do
endereço
da
instrução
Decodifi-cação da
instrução
Cálculo
do
endereço
do
operando
Execução
da
operação
Cálculo
do
endereço
do
resultado
Buscado
operando
Armaze-namento
do
resultado
Próxima Instrução
CPU
MAR e MBR
Registradores e ULA
Ciclo de Instrução (vi)
Busca da
instrução
Cálculo
do
endereço
da
instrução
Decodifi-cação da
instrução
Cálculo
do
endereço
do
operando
Execução
da
operação
Cálculo
do
endereço
do
resultado
Buscado
operando
Armaze-namento
do
resultado
Próxima Instrução
Memória
CPU ou acesso externo
CPU
Entrada
Memória
Registrador
Saída
Memória
Registrador
O computador funcionando
Quando o computador é ligado ele passa a executar o
ciclo de instrução.
Vejamos a execução de uma simples instrução
aritmética.
Os conteúdos dos registradores e da memória estão
escritos em hexadecimal para facilitar a leitura.
Ao iniciar, os registradores e o conteúdos da
memória são “zerados”, ou seja, recebem um valor
padrão.
Mas o computador do exemplo já está com um programa
carregado e em execução...
Busca da
Instrução
Decodificação
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Instrução
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