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.