Aula01-EstruturabasicadeComputadores

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Estrutura Básica de Computadores

Alinne Corrêa

(accs@cin.ufpe.br)

• Contextualização

• Estrutura básica de computadores

▫ Memória

▫ Processador (CPU)

▫ Dispositivos de E/S

17/3/2010 Organização de Computadores - Alinne Corrêa 2

Contextualização

• Arquitetura x Organização:

• Atributos de um sistema visíveis para o programador

• Atributos que tem impacto sobre a lógica de um programa

• Ex: Os mecanismo de E/S

Arquitetura

• Unidades Operacionais e suas interconexões que implementam as especificações da sua arquitetura

• Ex: Tecnologia da memória utilizada.

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Memória Processador Periféricos

Barramento

• Memória:

▫ Responsável pelo armazenamento dos programas e dos dados.

▫ Tipos de Memórias:

RAM (Random Acess Memory): memória principal de leitura e escrita que pode ser lidas e modificadas pelo processador e utilizada para armazenar os programas em execução e seus dados.

CACHE: é um tipo de memória RAM, porém mais rápido e mais caro. Serve para acelerar o processamento.

ROM (Read Only Memory): memória de leitura apenas que contém

dados e programas pré-gravados que não podem ser modificados.

OBS: Ao contrário das memórias ROM, os dados contidos na RAM são perdidos quando o computador é desligado.

Estrutura Básica do Computador

• Memória:

RAM ROM

Leitura e escrita Leitura Volátil (há perda de informações em caso de falta de energia) Não Volátil Grande capacidade de armazenamento Pequena capacidade de armazenamento Acesso aleatório Acesso não aleatório Depois de gravada pode ser

modificada

Depois de gravada não pode ser modificada

Estrutura Básica do Computador

• Processador (Central Processing Unit – CPU):

▫ Responsável pelo tratamento de informações armazenadas em

memória (programas em código de máquina e dos dados).

Executa instruções, buscando na memória; Decodifica-as;

Executa-as uma após as outras.

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• Processador (Central Processing Unit – CPU):

▫ Existem dois tipos de processadores:

CISC (Complex Instruction Set Computer): processador apresenta

um grande número de instruções, logo o código deve utilizar sua própria instrução.

RISC (Reduced Instruction Set Computer): o processador contém

um número pequeno de instruções mais simples, logo o próprio software em execução faz o trabalho pesado.

• Processador – CISC x RISC:

CISC RISC

Conjunto complexo de instruções Conjunto reduzido e simples de instruções

Complexidade concentrada no projeto do microprograma.

Complexidade concentrada no projeto compilador.

Instruções complexas, interpretadas por microprgramas.

Instruções primitivas simples, interpretadas pelo hardware. Conjunto grande (centenas de

instruções).

Conjunto pequeno (não mais que três dezenas de instruções).

Execução de uma instrução ocorre vários ciclos de máquina.

Execução de uma instrução ocorre em um ciclo de máquina.

Compatibilidade fácil de ser mantida. Compatibilidade difícil de ser mantida.

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• CPU:

▫ Componente vital do sistema de computação responsável pela

realização

das

operações

de

processamento

(cálculos

matemáticos) e de controle.

▫ Funções da CPU:

Buscar uma instrução na memória uma de cada vez (fase de leitura); Interpretar a instrução (decodificação);

Buscar os dados onde estiverem armazenados, para trazê-los para CPU; Executar a operação com os dados;

Guardar, se for o caso, o resultado no local definido na instrução; Reinicia o processo, apanhando nova instrução.

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• CPU:

▫ Unidade de Controle (UC)

▫ Unidade Lógica e Aritmética (ULA)

▫ Registradores (propósito geral e propósito específico)

PC (Program Counter)

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• CPU:

▫ Unidade de Controle (UC):

Dispositivo mais complexo da CPU, responsável pela busca da instrução na memória principal;

Controla a ação da ALU;

Realização da movimentação de dados e intruções de e para a CPU;

▫ Unidade Lógica Aritmética (ULA):

Responsável pela realização das operações matemáticas (adição) e funções booleanas (E – “AND”);

▫ Registradores:

Utilizados para o armazenamento temporário dos dados.

• CPU:

▫ Caminho dos Dados

1. Leitura dos registradores; 2. Escrita nos registradores de entrada

da ULA;

3. A operação da ULA selecionada é executada;

4. O resultado do processador da ULA é escrito no registrador de saída da ULA;

5. O registro de saída da ULA é lido; 6. O seu conteúdo é copiado para o

registrador de destino. 7. Retorna ao passo 1.

18/3/2010 Organização de Computadores - Alinne Corrêa

registros registro de entrada da ALU registro de saída da ALU A B A + B ALU A B A + B 14

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• CPU – Interpretação das Instruções:

▫ Conjunto de instruções:

Todas as instruções disponíveis ao programador.

▫ Contador de Programa (Program Counter – PC):

Registrador que armazena o endereço na memória principal onde se localiza

a próxima instrução a ser interpretada.

▫ Registrador de Instrução (Instruction Register – IR):

Registrador que armazena a instrução corrente (em execução) que foi

armazenada na memória principal.

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• CPU – Interpreação das Instruções:

▫ Ciclo de Busca-Decodificação-Execução

1. Busca da próxima instrução no endereço da memória. principal apontado pelo PC e armazenamento da mesma no IR. 2. Atualização do PC, fazendo-o apontar para a instrução seguinte

(PC:= PC +1).

3. Determinação do tipo de instrução armazenada no IR. 4. Se a instrução precisa de operandos armazenados na memória

principal, os seus endereços devem ser determinados.. 5. Caso necessário, busca de operandos na memória principal. 6. Execução da instrução

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• CPU – Interpretação das Instruções:

▫ As

instruções

executadas

pela

CPU

podem

ser

organizadas de 3 tipos:

Registro-memória: permitem o tratamento de dados armazenados em memória para transferi-los aos registros da CPU. Estes dados poderão, em seguida, serem tratados por outras instruções como dados de entrada da ULA.

Registro-registro: se caracterizam pela transferência de dados contidos nos registros da CPU aos registros de entrada da ULA, a realização de uma operação sobre estes dados e a transferência do resultado para um registro da CPU.

Memória-memória: obtém os operandos diretamente na memória e os armazenam nos registros de entrada da ULA. Após ter efetuado uma operação sobre os dados, o resultado será armazenado em memória

• Periféricos ( Dispositivos de E/S):

▫ Unidades de Entrada:

Permitem ao computador acessar informações do mundo externo. Ex: teclado, mouse, touchscreen, scanner, etc.

▫ Unidades de Saída:

Convertem impulsos elétricos , permitindo a saída das informações para o mundo externo.