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MÁQUINA DE VON NEUMANN

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Jhon Von Neumann

• Foi um matemático húngaro deorigem judaica, naturalizadoestadunidense.

• Contribuiu na teoria dosconjuntos, análise funcional,mecânica quântica, ciência dacomputação, teoria dos jogos,análise numérica, estatística eoutras áreas da matemática.

(1903 - 1957, Hungría)

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MÁQUINA DE VON NEUMANN

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Jhon Von Neumann

• Foi professor na Universidadede Princeton e um dosconstrutores do ENIAC.

• John von Neumann propôs queas instruções, lidas na épocapor cartões perfurados, fossemgravadas na memória docomputador;

(1903 - 1957, Hungría)

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• Neumann contribuiu para a construção dos computadores deforma grandiosa, pois, ainda hoje a maioria destas máquinasseguem o modelo inventado pelo mesmo.

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INDICAÇÃO DE LEITURA

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ARQUITETURA DE VON NEUMANN

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• Em 1946, von Neumann e seus colegas começaram o projeto deum novo computador de programa armazenado, conhecidocomo computador IAS, no Princeton Institute for AdvancedStudies.

• O computador IAS, embora não concluído antes de 1952, é oprotótipo de todos os computadores de uso geral.

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ARQUITETURA DE VON NEUMANN

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A estrutura geral de um computador IAS, consiste em:

• Uma memória principal, que armazena dados e instruções.

• Uma unidade lógica e aritmética (ALU) capaz de operar sobredados binários.

• Uma unidade de controle, que interpreta as instruções namemória e faz com que sejam executadas.

• Equipamento de entrada e saída (E/S) operado pela unidade decontrole.

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ARQUITETURA DE VON NEUMANN

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A estrutura geral de um computador IAS, consiste em:

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ARQUITETURA DE VON NEUMANN

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A estrutura geral definida por von Neumann possui cinco pontossendo eles:

1°) Como o dispositivo é principalmente um computador, ele teráque realizar as operações elementares da aritmética maisfrequentemente.

• São elas adição, subtração, multiplicação e divisão.

• Em qualquer velocidade, uma parte aritmética central dodispositivo provavelmente terá que existir, e isso constitui aprimeira parte específica: CA (do inglês, Central Arithmetic).

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ARQUITETURA DE VON NEUMANN

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A estrutura geral definida por von Neumann possui cinco pontossendo eles:

2°) Controle lógico do dispositivo, ou seja, a sequenciaçãoapropriada de suas operações, pode ser executado de forma maiseficiente por um órgão de controle central.

• O primeiro deverá ser armazenado de alguma maneira; osegundo é representado por partes operacionais definidas dodispositivo.

• Por controle central, essa última função, e as unidades que orealizam formam a segunda parte específica: CC.

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ARQUITETURA DE VON NEUMANN

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A estrutura geral definida por von Neumann possui cinco pontossendo eles:

3°) qualquer dispositivo que tiver que executar sequências deoperações longas e complicadas (cálculos) precisa ter umamemória considerável.

• As instruções que controlam um problema complicado precisaser relembrado.

• A memória total constitui a terceira parte específica dodispositivo: M.

• O dispositivo precisa ser capaz de manter contato de entrada esaída (sensorial e motor) com algum meio específico desse tipo.A gravação externa ao dispositivo é R (do inglês recording).

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ARQUITETURA DE VON NEUMANN

Arquitetura de computadores 13

A estrutura geral definida por von Neumann possui cinco pontossendo eles:

4°) O dispositivo precisa ter unidades para transferir informaçõesde R para suas partes específicas C e M.

• Essas unidades formam sua entrada, a quarta parte específica: I(do inglês input).

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ARQUITETURA DE VON NEUMANN

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A estrutura geral definida por von Neumann possui cinco pontossendo eles:

5°) O dispositivo precisa ter unidades para transferir de suaspartes específicas C e M para R.

• Essas unidades formam sua saída, a quinta parte específica: O(do inglês output).

• É melhor fazer todas as transferências de M (por O) para R, enunca diretamente de C.

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MEMÓRIA DO IAS

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• A memória do IAS consiste em 1.000 locais de armazenamento,chamados palavras (words), de 40 dígitos binários (bits) cada.

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MEMÓRIA DO IAS

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• O Opcode são códigos operacionais armazenados na memóriade 8 bits de tamanho.

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MEMÓRIA DO IAS

Arquitetura de computadores 17

• A Unidade de Controle central opera o IAS buscando instruçõesna memória e executando-as uma por vez.

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REGISTRADORES

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A Unidade Lógica e Aritmética possui locais de armazenamentochamados de registradores. Sendo eles:

• Registrador de buffer de memória (mBR, memory bufferregister): contém uma palavra a ser armazenada na memóriaou enviada à unidade de E/S, ou é usada para receber umapalavra da memória ou de uma unidade de E/S.

• Registrador de endereço de memória (mAR, do inglês memoryaddress register): especifica o endereço na memória da palavraa ser escrita ou lida no MBR.

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REGISTRADORES

Arquitetura de computadores 19

A Unidade Lógica e Aritmética possui locais de armazenamentochamados de registradores. Sendo eles:

• Registrador de instrução (IR, do inglês instruction register):contém o opcode de 8 bits da instrução que está sendoexecutada.

• Registrador de buffer de instrução (IBR, do inglês instructionbuffer register): empregado para manter temporariamente apróxima instrução a ser executada.

• Contador de programa (pc, do inglês program counter):contém o endereço do próximo par de instruções a serapanhado da memória.

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REGISTRADORES

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A Unidade Lógica e Aritmética possui locais de armazenamentochamados de registradores. Sendo eles:

• Acumulador (Ac) e quociente multiplicador (mq, do inglêsmultiplier quotient): empregado para manter temporariamenteoperandos e resultados de operações da ALU. Por exemplo, oresultado de multiplicar dois números de 40 bits é um númerode 80 bits; os 40 bits mais significativos são armazenados no ACe o menos significativos no MQ.

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FLUXOGRAMA PARCIAL DA OPERAÇÃO DO IAS

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AC: Acumulador

IBR: Registrador de buffer deinstrução

IR: Registrador de instrução

MAR: Registrador deendereço de memória

mBR: Registrador de bufferde memória

PC: Contador de programa

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INSTRUÇÕES DA IAS

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O computador IAS tinha um total de 21 instruções. Estas podemser agrupadas da seguinte forma:

• Transferência de dados: movem dados entre memória e registradores daALU ou entre dois registradores da ALU.

• Desvio incondicional: normalmente, a unidade de controle executainstruções em sequência a partir da memória. Essa sequência pode seralterada por uma instrução de desvio, que facilita operações repetitivas.

• Desvio condicional: o desvio pode se tornar dependente de uma condição,permitindo assim pontos de decisão.

• Aritméticas: operações realizadas pela ALU.

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INSTRUÇÕES DA IAS

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O computador IAS tinha um total de 21 instruções. Estas podemser agrupadas da seguinte forma:

• Transferência de dados: movem dados entre memória e registradores daALU ou entre dois registradores da ALU.

• Desvio incondicional: normalmente, a unidade de controle executainstruções em sequência a partir da memória. Essa sequência pode seralterada por uma instrução de desvio, que facilita operações repetitivas.

• Desvio condicional: o desvio pode se tornar dependente de uma condição,permitindo assim pontos de decisão.

• Aritméticas: operações realizadas pela ALU.

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GARGALO DO MODELO VON NEUMANN

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• A separação entre a CPU e a memória leva para o gargalode von Neumann, a produção limitada (taxa detransferência) entre a CPU e a memória em comparaçãocom a quantidade de memória.

• Na maioria dos computadores modernos, o throughput émuito menor do que a taxa com que o processador podetrabalhar.

• A CPU é continuamente forçada a esperar por dados queprecisam ser transferidos para ou a partir da memória.

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GARGALO DO MODELO VON NEUMANN

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• Como a velocidade da CPU e tamanho da memória têmaumentado muito mais rapidamente que a taxa detransferência entre eles, o gargalo se tornou mais um problema,um problema cuja gravidade aumenta com cada geração deCPU.

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REVISÃO DA AULA

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REFERÊNCIAS

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MEIRELLES, Fernando de Souza. INFORMÁTICA: NOVAS APLICAÇÕES COMMICROCOMPUTADORES., Makron Books. 2005

CAPUANO E IDOETA. Elementos de eletrônica Digital. Ed Erica

TORRES, Gabriel. Hardware: curso completo . 4. ed. Rio de Janeiro: AxcelBooks, 2005

BROOKSHEAR, J. Glenn. Ciência da Computação – Uma Visão Abrangente.Porto Alegre: Bookman. 2009

CAPRON, Harriet L. Introdução a Informatica. Pearson Brasil

PERES, Fernando Eduardo; FEDELI, Ricardo Daniel; POLLONI, Enrico G. F.Introdução À Ciência da Computação – 2. ed. Cengage Learning, 2010

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VÍDEOS

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Música sobre a Máquina de Von Neumann[Disponível em https://youtu.be/sCXCTrw6Chs]

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