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<p>Disciplina:</p><p>Arquitetura de Computadores</p><p>Prof: Edemilson Bay</p><p>Olá pessoal, tudo bem ?</p><p>Sejam todos bem-vindos !</p><p>Sou o Prof. Edemilson Bay e neste vídeo vamos falar sobre alguns assuntos relevantes da Unidade 2 do caderno de estudos da disciplina de Arquitetura de Computadores.</p><p>Apresentação</p><p>De início..... lembro você do seguinte  não deixe de acessar a Trilha de Aprendizagem da disciplina, disponível no seu AVA.</p><p>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).</p><p>Você também pode utilizar as ferramentas Atendimento On-Line ou Solicitação de Atendimento, disponíveis no seu AVA.</p><p>Na sequencia deste vídeo, passamos a tratar da Unidade 2 do caderno de estudos.</p><p>Apresentação</p><p>Na Unidade 2 do caderno de estudos é apresentada a “Arquitetura Principal do Computador, composta pelo processador e memórias”.</p><p>Neste vídeo vamos tratar de algumas características importantes sobre a Arquitetura dos “Processadores”, e que podem gerar dúvidas.</p><p>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).</p><p>Vamos ver na tela a função básica da CPU......</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 - Introdução</p><p>Função básica da CPU:</p><p>buscar dados e instruções, contidos na memória;</p><p>descobrir, através das instruções do programa que está sendo executado, qual o tipo de procedimento que deve ser executado com esses dados;</p><p>executar o(s) procedimento(s);</p><p>retornar os resultados para algum destino pré-definido.</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 - Introdução</p><p>Todas essas funções devem ser executadas com uma velocidade muito elevada, e por isso as CPU´s estão em constante evolução.</p><p>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.</p><p>Porém, deixo claro que este vídeo não substitui, de forma alguma, o estudo através do caderno da disciplina.</p><p>Outras fontes como a Internet devem ser pesquisadas porque possuem informações detalhadas e atualizadas sobre arquitetura dos processadores.</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 - Introdução</p><p>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).</p><p>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.</p><p>É interessante conhecer a evolução dos componentes eletrônicos que formam os computadores, com relação a datas de lançamento e tamanhos físicos.</p><p>Vamos ver na tela uma comparação....</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Chips</p><p>Já em 1946 foi lançado o ENIAC, primeiro computador digital eletrônico, sendo constituído por 17.500 válvulas eletrônicas.</p><p>1955 foi lançado o transistor, componente eletrônico que veio substituir a válvula, reduzindo o tamanho físico dos equipamentos</p><p>1965 foi lançado o CI (Circuito Integrado), que poderia ter internamente alguns transistores, ou até 100.000 deles (ou mais).</p><p>1981 iniciou a miniaturização dos CI´s.</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Chips</p><p>Vemos nesta tela a classificação dos circuitos integrados e dos processadores conforme seu nível de “Integração” :</p><p>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).</p><p>Na próxima tela veremos uma tabela com a evolução dos processadores em relação ao número de transistores internos.</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Chips</p><p>Evolução dos processadores em relação ao número de transistores.</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Chips</p><p>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 !!!</p><p>Esse processador tem várias vantagens, como processamento otimizado para vídeos 3D em padrão 4K, de altíssima definição.</p><p>Na próxima tela veremos uma imagem do processador INTEL Core i7....</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Chips</p><p>processador INTEL Core i7 7ª Geração,</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Chips</p><p>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.</p><p>Essa característica influencia no desempenho do computador, na forma e facilidade (ou dificuldade) para programar o sistema e na arquitetura geral do sistema computacional.</p><p>Vamos falar sobre os 2 padrões de arquitetura interna dos processadores mais utilizados na construção dos mesmos. São eles:</p><p>Arquitetura CISC</p><p>Arquitetura RISC</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>CISC (em Inglês, Complex Instruction Set Computer) - significa em português, Computador com Conjunto Complexo de Instruções.</p><p>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.</p><p>Essa é uma vantagem para os desenvolvedores que podem utilizar-se das instruções diversificadas e poderosas disponíveis no CISC.</p><p>Os desenvolvedores podem criar programas e aplicações complexas, num espaço de tempo otimizado.</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>Os processadores CISC possuem um grande número de circuitos internos para que as instruções complexas possam ser executadas.</p><p>Por isso são processadores maiores que os RISC; possuem maior consumo de energia elétrica e tem maior dissipação de potência (calor gerado pelo processador).</p><p>Os processadores CISC são utilizados em computadores que adotam a arquitetura de Von Neumann, apresentada na Unidade 1 do caderno de estudos.</p><p>Para relembrarmos a arquitetura de Von Neumann vamos ver os seus componentes na tela....</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>Componentes da arquitetura no computador de Von Neumann :</p><p>Um processador;</p><p>Um sistema de memória; com barramento único para os dados e para as instruções do programa.</p><p>Um sistema de I/O (entradas e saídas)</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>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.</p><p>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.</p><p>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.</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>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).</p><p>RISC são utilizados em computadores que adotam a arquitetura de Harward, que difere da arquitetura de Von Neumann.</p><p>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.</p><p>Para conhecermos um pouco da arquitetura Harward</p><p>vamos ver os seus componentes na tela....</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>Componentes da arquitetura no computador de Harward :</p><p>Um processador (ALU+Control Unit)</p><p>Dois sistemas de memória; com barramentos independentes para os dados e para as instruções do programa.</p><p>Um sistema de I/O (entradas e saídas)</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>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.</p><p>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.</p><p>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.</p><p>Vamos conhecer na tela um pouco sobre o início do uso dos processadores RISC em computadores....</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>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”.</p><p>Essa tecnologia foi implementada inicialmente na primeira “Workstation” IBM RS/6000 (chamada RISC SYSTEM/6000).</p><p>Para o mercado de computadores pessoais, a arquitetura RISC começou a ser usada em 1990, nos processadores POWER PC da Apple, IBM e Motorola.</p><p>Hoje em dia existem os processadores híbridos, que utilizam simultaneamente as arquiteturas CISC e RISC, sendo chamados de processadores CRISC.</p><p>Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC</p><p>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.</p><p>Já vimos que existem 2 arquiteturas mais utilizadas, a arquitetura de Von Neumann e a arquitetura de Harward.</p><p>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.</p><p>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....</p><p>Veremos na tela uma figura que ilustra o modelo Von Neumann....</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução</p><p>Os blocos da arquitetura Von Neumann:</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – introdução</p><p>Deixando a figura na tela......., vamos agora observar que dentro do bloco CPU temos uma sub-divisão em 3 unidades principais que são:</p><p>UC – Unidade de Controle;</p><p>UE – Unidade de Execução, onde temos registradores diversos;</p><p>ULA – Unidade Lógica e Aritmética</p><p>Veremos a explicação sobre cada unidade mais a frente, mas essas 3 unidades em conjunto são responsáveis pelo funcionamento da CPU.</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução</p><p>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.</p><p>A arquitetura de von Neumann possui os seguintes ciclos de máquina para seu funcionamento:</p><p>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).</p><p>Decode – refere-se aos passos para fazer a decodificação da instrução pela UE, enviando de forma adequada para ser executada pela ULA.</p><p>Execute – é executada efetivamente a instrução pela ALU em conjunto com a UE, tendo o gerenciamento feito pela UC.</p><p>Veremos na tela a seguir uma figura com os ciclos de forma gráfica.....</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução</p><p>Os ciclos de máquina da arquitetura Von Neumann são executados de forma cíclica até que o programa finalize.</p><p>Para entendermos melhor, veremos na próxima tela uma sequência mais completa dos processos envolvidos nos 3 ciclos de máquina de Von Neumann....</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – introdução</p><p>Exemplo de sequencia dos processos envolvidos no ciclo de Fetch, Decode e Execute:</p><p>Buscar a instrução na memória, cujo endereço está sendo informado pelo registrador PC (program counter) , e carregar no registrador RI(registrador de instrução);</p><p>Mudar o PC para ficar apontando o endereço da próxima instrução;</p><p>Decodificar a instrução, determinar seu tipo, se precisa de operandos (dados), ou não.</p><p>Caso a instrução precisar de operandos (dados), buscar os mesmos na memória;</p><p>Carregar os dados nos registradores;</p><p>Executar a instrução;</p><p>Armazenar os resultados na memória.</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução</p><p>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.</p><p>Para isso vamos ver na tela uma figura que mostra em mais detalhes a arquitetura interna do processador......</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução</p><p>Arquitetura interna do processador em detalhes.</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução</p><p>Muito bem.... Mantendo na tela a figura, vamos falar primeiramente sobre a UC (Unidade de Controle).</p><p>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).</p><p>A unidade de controle pode ser dividida em três partes que são:</p><p>o “registrador de instruções” que armazena a instrução a ser executada;</p><p>o “decodificador” cuja função é decodificar a instrução recebida e passar para a UC propriamente dita;</p><p>a “unidade de controle” que gera todos os sinais elétricos de controle internos e externos à CPU.</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade de Controle (UC)</p><p>...ainda mantendo na tela a figura, vamos falar sobre a UE (Unidade de Execução).</p><p>Unidade de execução - tem a função de realizar as atividades relacionas com o processamento efetivo, a execução de 1 operação.</p><p>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.</p><p>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.</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade de Execução (UE)</p><p>...ainda mantendo na tela a figura, vamos falar sobre a ULA (Unidade Lógica-Aritmética).</p><p>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:</p><p>adição, subtração, multiplicação e divisão;</p><p>complemento 2, incremento e decremento;</p><p>operações lógicas como AND, OR e Exclusive OR;</p><p>rotações de bits à esquerda e à direita (utilizadas em processamento rápido de informações binárias).</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade Lógica-Aritmética (ULA)</p><p>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.</p><p>Eles tem a função de armazenar dados ou instruções, de forma temporária, para serem utilizados pela CPU.</p><p>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.</p><p>Existem registradores com funções específicas, ou seja, são usados somente para informações com um determinado objetivo, como o PC (program counter)</p><p>por exemplo. Vamos conhecer alguns destes em seguida.</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – Registradores</p><p>O registrador de instrução (RI) fica dentro da unidade de controle.</p><p>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).</p><p>Funciona da seguinte maneira:</p><p>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;</p><p>através dos registradores RE (endereço) e RD (dados), o conteúdo da memória será copiado e armazenado no RI.</p><p>.... Vamos conferir na tela novamente a figura para facilitar o entendimento....</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – Registrador de Instrução (RI)</p><p>Arquitetura interna do processador em detalhes.</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – Registrador de Instrução (RI)</p><p>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.</p><p>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.</p><p>Assim, vai seguindo o ciclo de máquina.... Fetch, Decode e Execute... Até o programa chegar ao seu final por algum motivo...</p><p>Unid. 2 Tóp. 2 – Contador de Programa (PC)</p><p>Muito bem... Estamos chegando ao final deste vídeo.</p><p>Relembro que o conteúdo da Unidade 2, não só o apresentado neste vídeo, é muito importante para que vocês possam entender a próxima unidade, e compreender os fundamentos e conceitos relacionados à Arquitetura de Computadores.</p><p>Resumindo, neste vídeo tratamos da arquitetura geral dos processadores e também da arquitetura interna dos mesmos, e as funções dos blocos e registradores internos ao processador.</p><p>Agradeço sua atenção, estudem bastante e até a próxima oportunidade!!!</p><p>Unidade 2 – Finalização do Vídeo</p><p>image4.png</p><p>image5.png</p><p>image2.png</p><p>image7.png</p><p>image8.png</p><p>image9.emf</p><p>image10.emf</p><p>image11.emf</p><p>image12.emf</p><p>image13.emf</p><p>image14.emf</p><p>image15.emf</p><p>image16.emf</p><p>image1.png</p>