Arquitetura Básica de um Computador
O Computador
Tipos– analógico => grandezas contínuas
ex: termômetro– digital => pulsações elétricas (0V, +5V)
ex: calculadora• bit - menor unidade de informação (“binary digit”)
0 = apagado/desligado/desativado/não1 = aceso/ligado/ativado/sim
• 1 byte = 8 bits• 1 KB = 1 quilobyte = 1024 bytes
Organização Básica
Unidade Lógica e
Aritmética
Unidade de
Controle
Memória
Unidade de
Entrada
Unidade de Saída
Unidade Central de Processamento
Arquitetura de Computadores
Unidade Central de Processamento (UCP) – Composta de:
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)• Unidade de Controle
Arquitetura de Computadores
Unidade de Controle– local onde os códigos (instruções), que representam
as operações a serem realizadas, são identificados, e possibilitam que os dados sejam obtidos da memória;
– código de operação: identifica a operação a ser feita (MOV - copia conteúdo de um operando para outro; ADD - faz soma entre 2 operandos; SUB - subtração, etc).
– código de operando: dados necessários à execução da operação (dados ou endereço para outro local - registrador).
Arquitetura de Computadores Linguagens de Máquina
– Especificação de uma operação básica (primitiva) que o hardware é capaz de realizar (executar) diretamente
– Formato:• Código de operação + código de operandos
– Número de operandos: 0, 1, 2, 3, ...– O operando pode indicar o valor ou um endereço onde
se encontra o valor
Código daOperação Operando 1 Operando 2
Ciclo da Instrução
Ciclo de busca– Buscar a próxima instrução na memória– Incrementar o CP (Contador de Programa) a cada instrução
executada
Ciclo de Execução– Interpretar a instrução– Trazer (se for o caso) os operandos para a UCP– Executar a operação– Armazenar (se for o caso) os dados de saída (em registradores)– Atualizar (se for o caso) o CP - contador de programa– Repetir o processo com uma nova instrução
Tradutores Montador
– converte programas em ling. montada (Assembly) para ling. de máquina;
Compilador– converte programas em ling. de alto nível para ling.
de máquina; Interpretador
– mesma função do compilador, só que vai executando linha a linha. Não gera um executável, interpreta o programa somente para executar naquele momento.
Compilação x Montagem
Ler A, BX = A + Bse X >= 0
imprimir X
GET AGET BLDA AADD BSTA XJN FIMPRT X
FIM HLT01001101b00101010b11100000b11110101b11001010b
10000101b
Ling. de Alto Nível
Ling. Montada (Assembly)
Ling. de Máquina
Montagem
Compilação
Sistemas de Aplicação: TraduçãoLinguagem de Alto Nível
Bibliotecas
Linguagem de Máquina
Tradutor(Compilador
ou Interpretador)
“Programa Fonte”
“Executável”
Tabela deInstruções de
Máquina
Sistemas de Aplicação: ExecuçãoCódigo executável
Carregamentona Memória
Principal
Execução
(Armazenado em disco)
Arquitetura de um Sistema de Computação
Aplicações & Utilitários
Sistema Operacional
Basic Input Output System (BIOS)
Hardware
Arquitetura de Computadores ULA
– operações aritméticas (+,-,*,/) e lógicas (OR, AND, NOT)
Tabelas verdade
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
A OR B
0
1
1
1
A AND B
0
0
0
1
NOT A
1
1
0
0
Arquitetura de Computadores Memória Principal (RAM)
– Armazenar temporariamente dados e programas que estão sendo processados.
– Todo programa sendo processado deve ser carregado para a memória.
– Armazena na forma de bits 1 byte = 8 bits1 KB = 1 quilobyte = 1024 bytes1 MB = 1 megabyte = 1024*1024 bytes1 GB = 1 gigabyte = 1024*1024*1024 bytes
– Ex: 64MB de memória = 536.870.912 bits
Arquitetura de Computadores RAM (“Random Access Memory”)
– memória volátil de leitura e escrita. As informações são perdidas caso o sistema de alimentação seja interrompido;
ROM (“Read Only Memory”)– memória não-volátil apenas de leitura. Seu conteúdo é
gravado no processo de fabricação; PROM (“Programable ROM”)
– pode ser gravada apenas uma vez, após sua fabricação; EPROM (“Erasable PROM”)
– pode ser apagada e regravada várias vezes.
Arquitetura de Computadores Memória Secundária
– Ex: HD (“Hard Disk”)/disco rígido/whinchester, Disquete 3,5”, CD-ROM, ZIP DRIVE (JAZZ), Fita DAT, Pendrive
– Armazena bits para representar caracteres:Ex: códigos ASCII (Windows) e EBCDIC (UNIX)
Arquitetura de Computadores Tipos de memória:
– Disco magnético (HD): cabeças de gravação lêem ou gravam dados no revestimento magnético do disco (2 lados). Os discos são organizados em trilhas e setores;
– Discos óticos (CD - “Compact Disks”): os dados são gravados por meio de inserções de variações na superfície reflexiva. Um feixe laser lê estas irregularidades percorrendo uma espiral;
– Unidade de fita: a informação é registrada sobre uma película de material magnético;
Arquitetura de Computadores
Periféricos– Entrada: teclado, mouse, unidades de disco,
scanner, microfone, leitoras óticas, sensores, webcam, etc.
– Saída: monitor, impressora, plotters, alto-falantes, etc.
Organização de um Sistema de Computação
MemóriaPrincipal
Dispositivos deEntrada e Saída
DiscosMonitor
Impressora
Outros
Dispositivos deArmazenamento
Via de Comunicação (Barramentos)
Unidade Centralde Processamento
ouProcessador
Organização de um SCOrganização de um SC ULA: Unidade Lógica e AritméticaACC: AcumuladorRI: Registrador de InstruçãoCP: Contador de ProgramaREM: Registrador de End. de MemóriaRDM: Registrador de Dados de Memória
UCP
MemóriaPrincipal
Dispositivosde E/S
...
ULA
ACCRI CP
Regis-tradores
deUso
Geral
REM RDM
CacheL1
Unidadede
Controle
MemóriaCache L2
BEBD
BC
Decodificadorde Instruções
Barramento de controleBarramento de endereços
Barramento de dados
Arquitetura de Computadores Tipos de computadores
– Supercomputadores (grande capacidade de processamento, paralelismo - executa tarefas em paralelo, voltados para pesquisas científicas): CRAY
– Mainframes (grande porte, centenas de usuários acessando): IBM, DEC, UNISYS
– Minicomputadores (versão menor dos mainframes, vários usuários)
– Microcomputadores (potência limitada, 1 usuário): PC - personal computer.
Cluster: Agrupamento de computadores agregando uma grande capacidade de processamento.
Arquitetura de Computadores Quanto ao número de processadores
– monoprocessamento: apenas 1 processador, 1 memória principal, vários programas podem compartilhar o mesmo processador (ex: “time-sharing” - cada programa tem um tempo para usar o processador - na verdade, em um ‘instante’ o processador só esta sendo usado por um programa, mas ele executa pedaços de instruções de vários programas rapidamente, então parece que executa ao mesmo tempo, mas isso não acontece);
– multiprocessamento: mais de um processador, podem compartilhar memória ou não, podem executar vários programas ao mesmo tempo ou dividir um programa entre eles.
Memórias Memória cache:
– SRAM ou Static Random Access Memory.
Memória Principal:– DRAM ou Dynamic RAM:
• Encapsulamento:– SIMM (Single In-Line Memory Module):
» 30 pinos (8 bits): quatro módulos para 386 e 486.» 72 pinos (32 bits): dois módulos para Pentium.
– DIMM (Dual In-Line Memory Module):» de 168 pinos (64 bits): um módulo para Pentium.
Componentes Físicos Proteção do Sistema:
– No-break:• Alimenta o sistema em caso de falta de energia elétrica.• Utiliza baterias.• Fornece energia estabilizada e filtrada.• Utilizar apenas em aplicações críticas ou em locais com freqüentes
faltas de energia.
– Estabilizador:• Fornece proteção contra variações de voltagem.• Inclui o filtro de linha.
– Filtro de linha:• Elimina ruídos de alta freqüência.
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