arquitetura-2

Prévia do material em texto

Disciplina:
Arquitetura de 
Computadores
Prof: Edemilson Bay
• De início..... lembro você do seguinte  não deixe de acessar a Trilha 
de Aprendizagem da disciplina, disponível no seu AVA.
• Em caso de dúvidas sobre o conteúdo de Arquitetura de Computadores 
você pode entrar em contato com o professor da disciplina, ou com o 
tutor interno, fazendo uma ligação telefônica para o número 0800-642-
5000 (a ligação não tem custo, é gratuita).
• Você também pode utilizar as ferramentas Atendimento On-Line ou 
Solicitação de Atendimento, disponíveis no seu AVA.
• Na sequencia deste vídeo, passamos a tratar da Unidade 2 do caderno 
de estudos.
Apresentação 
• Na Unidade 2 do caderno de estudos é apresentada a “Arquitetura 
Principal do Computador, composta pelo processador e memórias”.
• Neste vídeo vamos tratar de algumas características importantes sobre 
a Arquitetura dos “Processadores”, e que podem gerar dúvidas.
• O processador, chamado de CPU (Central Processing Unit) ou UCP 
(Unidade Central de Processamento), que já foi apresentado na 
Unidade 1, é o principal componente de uma arquitetura computacional 
(ou seja, de um computador). 
 Vamos ver na tela a função básica da CPU......
Unid. 2 Tóp. 1 - Introdução 
• Função básica da CPU:
1) buscar dados e instruções, contidos na memória;
2) descobrir, através das instruções do programa que está sendo 
executado, qual o tipo de procedimento que deve ser executado com 
esses dados;
3) executar o(s) procedimento(s);
4) retornar os resultados para algum destino pré-definido.
 Unid. 2 Tóp. 1 - Introdução 
• Todas essas funções devem ser executadas com uma velocidade muito 
elevada, e por isso as CPU´s estão em constante evolução.
• Considerando que a CPU é cérebro do computador, porque é o 
componente mais importante...... vamos estudar alguns temas dos 
Tópicos 1 e 2 da Unidade 2 do caderno de estudos. 
• Porém, deixo claro que este vídeo não substitui, de forma alguma, o 
estudo através do caderno da disciplina. 
• Outras fontes como a Internet devem ser pesquisadas porque possuem 
informações detalhadas e atualizadas sobre arquitetura dos 
processadores.
Unid. 2 Tóp. 1 - Introdução 
• Os processadores podem ser classificados de acordo com seu grau de 
“Integração”, que leva em consideração o número de transistores 
(componentes eletrônicos) existentes num único CI (Circuito Integrado).
• O número de transistores influi na velocidade e quantidade de 
operações que o processador pode executar num período de tempo. 
Conclui-se que quanto mais transistores estiverem integrados no 
processador, maior seu poder de processamento e velocidade.
• É interessante conhecer a evolução dos componentes eletrônicos que 
formam os computadores, com relação a datas de lançamento e 
tamanhos físicos. 
 Vamos ver na tela uma comparação....
Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
• Já em 1946 foi lançado o ENIAC, primeiro computador digital eletrônico, 
sendo constituído por 17.500 válvulas eletrônicas.
• 1955 foi lançado o transistor, componente eletrônico que veio substituir 
a válvula, reduzindo o tamanho físico dos equipamentos
• 1965 foi lançado o CI (Circuito Integrado), que poderia ter internamente 
alguns transistores, ou até 100.000 deles (ou mais).
• 1981 iniciou a miniaturização dos CI´s.
 Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
• Vemos nesta tela a classificação dos circuitos integrados e dos 
processadores conforme seu nível de “Integração” :
• Atualmente, os processadores estão em média com 2 bilhões de 
transistores integrados numa mesma pastilha de material semicondutor 
(base utilizada para confecção do chip do processador).
 Na próxima tela veremos uma tabela com a evolução dos 
processadores em relação ao número de transistores internos.
 Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
• Evolução dos processadores em relação ao número de transistores.
 Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
• Em 2016, foi lançado o processador INTEL Core i7 7ª Geração, 
chamado de “Kaby Lake”, com mais de 3 bilhões de transistores. É 
muita integração !!!
• Esse processador tem várias vantagens, como processamento 
otimizado para vídeos 3D em padrão 4K, de altíssima definição.
 Na próxima tela veremos uma imagem do processador INTEL Core i7....
Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
• processador INTEL Core i7 7ª Geração, 
 Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
• Muito bem.... Agora que já vimos algumas informações interessantes 
sobre os processadores........... vamos falar sobre uma característica 
muito importante dos sistemas computacionais, que é o padrão de 
projeto e construção dos processadores.
• Essa característica influencia no desempenho do computador, na forma 
e facilidade (ou dificuldade) para programar o sistema e na arquitetura 
geral do sistema computacional.
• Vamos falar sobre os 2 padrões de arquitetura interna dos 
processadores mais utilizados na construção dos mesmos. São eles:
1) Arquitetura CISC
2) Arquitetura RISC
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• CISC (em Inglês, Complex Instruction Set Computer) - significa em 
português, Computador com Conjunto Complexo de Instruções.
• Isso quer dizer que um processador com arquitetura CISC disponibiliza 
um grande número de instruções, instruções simples e instruções 
complexas. Dessa forma, os desenvolvedores conseguem criar seus 
programas (softwares) de forma mais simplificada e versátil.
• Essa é uma vantagem para os desenvolvedores que podem utilizar-se 
das instruções diversificadas e poderosas disponíveis no CISC. 
• Os desenvolvedores podem criar programas e aplicações complexas, 
num espaço de tempo otimizado.
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• Os processadores CISC possuem um grande número de circuitos 
internos para que as instruções complexas possam ser executadas. 
• Por isso são processadores maiores que os RISC; possuem maior 
consumo de energia elétrica e tem maior dissipação de potência (calor 
gerado pelo processador).
• Os processadores CISC são utilizados em computadores que adotam a 
arquitetura de Von Neumann, apresentada na Unidade 1 do caderno de 
estudos.
 Para relembrarmos a arquitetura de Von Neumann vamos ver os seus 
componentes na tela....
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• Componentes da arquitetura no computador de Von Neumann :
1) Um processador;
2) Um sistema de memória; com barramento único para os dados e para 
as instruções do programa.
3) Um sistema de I/O (entradas e saídas)
 Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• Ótimo... Já vimos os processadores CISC. Agora vermos os 
processadores com arquitetura RISC (em Inglês, Reduced Instruction 
Set Computer), que significa em português, Computador com Conjunto 
Reduzido de Instruções.
• Um processador RISC disponibiliza um número pequeno de instruções, 
e somente instruções simples. Já podemos concluir então..... que para 
os desenvolvedores criarem programas complexos fica mais difícil, e 
precisam investir mais tempo.
• Essa é uma desvantagem dos RISC, no entanto, seu desempenho é 
superior. Como as instruções são mais simples, o tempo para executar 
as mesmas é muito menor, tornando o processador muito rápido.
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• Processadores RISC possuem um número reduzido de circuitos 
internos, porque as instruções são simples e reduzidas. Por isso são 
processadores menores que os CISC, menos caros, com menor 
consumo de energia e menor dissipação de potência (menos calor).
• RISC são utilizados em computadores que adotam a arquitetura de 
Harward, que difere da arquitetura de Von Neumann. 
• Os RISC possuem sistema de memória de dados independente do 
sistema de memória de instruções (programa). Isso viabiliza “pipelining”, 
ou seja, enquanto uma instrução está sendo executada, a seguinte já 
está sendo lida. Dessa forma, a utilização do tempo é otimizada e o 
desempenho aumenta.
 Para conhecermos um pouco da arquitetura Harward vamos ver os 
seus componentes na tela....
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• Componentes da arquiteturano computador de Harward :
1) Um processador (ALU+Control Unit)
2) Dois sistemas de memória; com barramentos independentes para os 
dados e para as instruções do programa.
3) Um sistema de I/O (entradas e saídas)
 Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• No mercado, os processadores mais encontrados em computadores 
pessoais tipo “Desktop” e “Notebook” são dos fabricantes Intel e AMD, 
sendo que todos usam arquitetura CISC.
• Os processadores com arquitetura RISC são mais utilizados em 
computadores tipo “Workstation”, que devem apresentar desempenho 
muito maior do que computadores pessoais. O sistema operacional 
normalmente utilizado é o UNIX.
• RISC também é o muitutilizado em microcontroladores. Estes são 
usados em equipamentos como máquinas de lavar roupa e lavar louça, 
geladeiras, televisões, micro-ondas e demais equipamentos 
inteligentes.
 Vamos conhecer na tela um pouco sobre o início do uso dos 
processadores RISC em computadores....
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• Década de 70  IBM foi o primeiro fabricante a colocar no mercado 
uma arquitetura de processador usando RISC, e chamou de POWER 
(Performance Optimized With Enhanced RISC), que significa 
“performance otimizada com RISC melhorado”.
• Essa tecnologia foi implementada inicialmente na primeira “Workstation” 
 IBM RS/6000 (chamada RISC SYSTEM/6000).
• Para o mercado de computadores pessoais, a arquitetura RISC 
começou a ser usada em 1990, nos processadores POWER PC da 
Apple, IBM e Motorola.
 Hoje em dia existem os processadores híbridos, que utilizam 
simultaneamente as arquiteturas CISC e RISC, sendo chamados de 
processadores CRISC.
 Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
• Iniciando o Tópico 2, vamos falar sobre alguns temas relacionados 
exclusivamente à arquitetura interna do processador. Já falamos um 
pouco sobre isso, mas aqui vamos detalhar melhor.
• Já vimos que existem 2 arquiteturas mais utilizadas, a arquitetura de 
Von Neumann e a arquitetura de Harward. 
• Nós vamos utilizar como base para nossos estudos a arquitetura de Von 
Neumann, por ter sido a primeira a ser desenvolvida e largamente 
utilizada até hoje.
• A arquitetura computacional proposta pelo engenheiro John von 
Neumann é simples, composta por 3 blocos ou componentes que são a 
CPU, a memória principal e o sistema de I/O (Entrada/Saída). 
Interligando os componentes existem os barramentos....
 Veremos na tela uma figura que ilustra o modelo Von Neumann....
Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
• Os blocos da arquitetura Von Neumann:
 Unid. 2 Tóp. 2 – introdução 
• Deixando a figura na tela......., vamos agora observar que dentro do 
bloco CPU temos uma sub-divisão em 3 unidades principais que são:
1) UC – Unidade de Controle;
2) UE – Unidade de Execução, onde temos registradores diversos;
3) ULA – Unidade Lógica e Aritmética
• Veremos a explicação sobre cada unidade mais a frente, mas essas 3 
unidades em conjunto são responsáveis pelo funcionamento da CPU.
Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
• Pessoal.... O funcionamento do computador é baseado no conceito de 
programa armazenado, na execução sequencial das instruções deste 
programa, e na existência de só um percurso entre CPU e memória. 
• A arquitetura de von Neumann possui os seguintes ciclos de máquina 
para seu funcionamento:
1) Fetch – refere-se a busca de 1 instrução na memória e seus 
parâmetros (dados), passando essas informações para a CPU. O 
endereço da memória é apontado pelo registrador PC(program conter).
2) Decode – refere-se aos passos para fazer a decodificação da instrução 
pela UE, enviando de forma adequada para ser executada pela ULA.
3) Execute – é executada efetivamente a instrução pela ALU em conjunto 
com a UE, tendo o gerenciamento feito pela UC.
 Veremos na tela a seguir uma figura com os ciclos de forma gráfica.....
Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
• Os ciclos de máquina da arquitetura Von Neumann são executados de 
forma cíclica até que o programa finalize.
 Para entendermos melhor, veremos na próxima tela uma sequência 
mais completa dos processos envolvidos nos 3 ciclos de máquina de 
Von Neumann....
 Unid. 2 Tóp. 2 – introdução 
• Exemplo de sequencia dos processos envolvidos no ciclo de Fetch, 
Decode e Execute:
1) Buscar a instrução na memória, cujo endereço está sendo informado 
pelo registrador PC (program counter) , e carregar no registrador 
RI(registrador de instrução);
2) Mudar o PC para ficar apontando o endereço da próxima instrução;
3) Decodificar a instrução, determinar seu tipo, se precisa de operandos 
(dados), ou não.
4) Caso a instrução precisar de operandos (dados), buscar os mesmos 
na memória;
5) Carregar os dados nos registradores;
6) Executar a instrução;
7) Armazenar os resultados na memória.
 Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
• Muito bem.... Vistos os ciclos de máquina vamos estudar na sequencia 
as 3 unidades com compõem o processador, e os principais 
registradores e suas funções.
 Para isso vamos ver na tela uma figura que mostra em mais detalhes a 
arquitetura interna do processador......
Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
• Arquitetura interna do processador em detalhes.
 Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
• Muito bem.... Mantendo na tela a figura, vamos falar primeiramente 
sobre a UC (Unidade de Controle).
• Unidade de controle - tem como responsabilidade gerenciar a sincronia 
da movimentação de dados e instruções dos programas da memória 
para a CPU, e vice-versa. Também controla todas as ações da CPU e o 
sincronismo com o sistema de I/O (Entrada/Saída).
• A unidade de controle pode ser dividida em três partes que são: 
1) o “registrador de instruções” que armazena a instrução a ser 
executada;
2) o “decodificador” cuja função é decodificar a instrução recebida e 
passar para a UC propriamente dita;
3) a “unidade de controle” que gera todos os sinais elétricos de controle 
internos e externos à CPU.
Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade de Controle (UC) 
• ...ainda mantendo na tela a figura, vamos falar sobre a UE (Unidade de 
Execução).
• Unidade de execução - tem a função de realizar as atividades 
relacionas com o processamento efetivo, a execução de 1 operação.
• Na UE existem registradores internos, que são pequenas memorias 
temporárias, com capacidades que variam de 8 a 256 bits. Quando é 
dito que um processador tem tecnologia de 64 bits, por exemplo, isso 
quer dizer que os registradores internos conseguem trabalhar com 
palavras de até 64 bits. 
• Uma CPU possui vários registradores internos, sendo que alguns são 
usados para armazenar dados de uso geral, e outros são usados para 
armazenar dados específicos para o funcionamento da CPU. Mais a 
frente vamos estudar os principais RI´s.
Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade de Execução (UE) 
• ...ainda mantendo na tela a figura, vamos falar sobre a ULA (Unidade 
Lógica-Aritmética).
• Unidade Lógica e Aritmética - nada mais é do que um conjunto de 
circuitos lógicos simples que, interligados conforme um projeto 
específico, são responsáveis por efetuar as operações matemáticas 
com os dados binários. As operações básicas são:
1) adição, subtração, multiplicação e divisão;
2) complemento 2, incremento e decremento;
3) operações lógicas como AND, OR e Exclusive OR;
4) rotações de bits à esquerda e à direita (utilizadas em processamento 
rápido de informações binárias).
Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade Lógica-Aritmética 
(ULA) 
• Vamos falar agora sobre os registradores  são memórias de pequena 
capacidade, mas de alta velocidade que ficam dentro da CPU. Possuem 
velocidade de acesso às informações bem superior às memórias RAM.
• Eles tem a função de armazenar dados ou instruções, de forma 
temporária, para serem utilizados pela CPU.
• RI´s também armazenam de forma temporária o resultado de alguma 
operação realizada na ULA, para que possa ser usado mais a frente, ou 
simplesmente para que seja transferido para a memória RAM.
• Existem registradores com funções específicas, ou seja, são usados 
somente parainformações com um determinado objetivo, como o PC 
(program counter) por exemplo. Vamos conhecer alguns destes em 
seguida.
Unid. 2 Tóp. 2 – Registradores 
• O registrador de instrução (RI) fica dentro da unidade de controle.
• Ele tem a função de receber uma cópia da instrução a ser executada 
pela CPU, instrução essa que está armazenada no endereço de 
memória apontado pelo PC (Program Counter).
• Funciona da seguinte maneira:
1) quando inicia o ciclo de Fetch (busca), a UC gera um sinal de controle 
que vai realizar uma leitura na memória, no endereço apontado pelo 
PC, para buscar a instrução;
2) através dos registradores RE (endereço) e RD (dados), o conteúdo da 
memória será copiado e armazenado no RI.
 .... Vamos conferir na tela novamente a figura para facilitar o 
entendimento....
Unid. 2 Tóp. 2 – Registrador de Instrução 
(RI) 
• Arquitetura interna do processador em detalhes.
 Unid. 2 Tóp. 2 – Registrador de Instrução 
(RI) 
• O registrador chamado PC (ou Program Counter), tem a função de 
informar o endereço de memória onde está a próxima instrução a ser 
executada pela CPU.
• Assim que a instrução é armazenada no RI, a CPU atualiza o conteúdo 
do PC para que ele aponte para a próxima instrução do programa.
• Assim, vai seguindo o ciclo de máquina.... Fetch, Decode e Execute... 
Até o programa chegar ao seu final por algum motivo...
Unid. 2 Tóp. 2 – Contador de Programa 
(PC) 
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35