0103OAC

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Organização
e
Arquitetura
de

Computadores


Prof.
Guilherme
Esmeraldo

Aula
1

•  Arquitetura

–  Atributos
visíveis
ao
programador

–  Ex:

•  Conjunto
de
instruções

•  Número
de
bits
uGlizado
para
representar
dados

•  Mecanismos
de
E/S

•  Modelos
de
endereçamento

•  Organização

– Unidades
operacionais
e
suas
interconexões

–  Ex:

•  Sinais
de
controle

•  Tecnologias
de
memórias,
processadores,
etc.

•  Interfaces
entre
periféricos
e
o
computador

Aula
1

•  Sistema
hierárquico

– Conjunto
de
subsistemas
inter‐relacionados,
cada

qual,
por
sua
vez,
possuindo
também
uma

estrutura
hierárquica,
em
seu
nível
mais
baixa,

subsistemas
elementares.

•  Em
cada
nível
o
projeGsta
deve
considerar:

– Estrutura:
como
os
componentes
estão
inter‐
relacionados

– Função:
operação
de
cada
componente
individual

Aula
1

•  Função

Aula
1

•  Estrutura

Aula
1

•  Estrutura

Aula
1

•  Programa
da
Disciplina

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– Primeira
geração:
válvulas
eletrônicas

• Eniac
–
Eletronic
Numerical
Integrator
and
Computer

– Mauchly
e
Eckert
(Pensilvânia,
1946)

– Primeiro
computador
digital
de
propósito
geral

– 18k
Válvulas,
140
m2
,
30
ton,
140
quilowahs,
5k
adições/s

– Representação
decimal

– 20
acumuladores
(memória)
para
decimais
de
10
digitos

– Operou
até
1955


Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– A
máquina
de
Von
Neumann

• Conceito
de
Programa
Armazenado
(pub.
em
1945)

•  IAS
(1952)

– Uma
memória
principal
(dados
e
instruções)

– Uma
unidade
lógica
e
aritméGca
(ULA),
operações
com
dados

binários

– Uma
unidade
de
controle,
interpreta
e
executa
instruções

armazenadas
na
memória

– DisposiGvos
de
E/S,
operados
pela
unidade
de
controle.

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– A
máquina
de
Von
Neumann

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– Segunda
geração:
Transistores

• Bell
Labs,
1947

• Menor,
mais
barato
e
dissipa
menos
calor


• Uso
comercial
a
parGr
do
final
da
década
de
50

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

• ULAs
e
UC
mais
complexas

• Linguagens
de
programação
de
alto
nível

• So#ware
de
Sistema


• Digital
Equipment
CorporaGon
(DEC)

– PDP
(1957)

– Deu
início
aos
microcomputadores

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– Terceira
Geração:
circuitos
integrados

• Final
de
50
e
início
de
60:
equipamentos
eletrônicos

com
componentes
discretos
(resistores,
capacitores,

transistores,
etc.)

• Problemas
na
Indústria
de
Computadores

– Computadores
com
cerca
de
10k
transistores

• Com
os
Cis
(1958)
houve
o
início
da
microeletrônica.

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– Microeletrônica

• Os
componentes
de
um

computador
digital
devem

desempenhar
funções
de
armazenamento,

transferência,
processamento
e
controle.

• Para
tanto
são
necessários
dois
Gpos
de
componentes:

– Portas
lógicas:
funções
lógicas
ou
booleanas

» Processamento
de
dados
/
Transferência
de
dados
/
Controle

– Memórias:
armazenam
um
valor
binário

» Armazenamento
de
dados
/
Transferência
de
dados
/

Controle

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

• Os
Cis
exploram
o
fato
de
que
componentes

(transistores,
resistores,
condutores,
etc)
podem
ser

fabricados
a
parGr
de
um
único
semicondutor
(silício)

• Assim
é
possível
produzir
simultaneamente
milhares
de

transistores
em
uma
única
lâmina
de
silício.

• Esses
transistores
podem
ser
conectados
entre
si,
por

um
processo
de
metalização,
para
formar
os
circuitos.

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– Inicialmente,
SSI
(Small
Scale
IntegraGon)

– Depois
Lei
de
Moore

• 60:
a
quanGdade
de
transistores
dobrava
a
cada
ano

• A
parGr
de
70:
a
cada
18
meses.

• Consequências:

– Custos
de
implementação
caíram

– Componentes
mais
próximos,
aumento
da
velocidade

– Computador
cada
vez
menor
 

– Redução
do
consumo
de
energia
e
necessidade
de
aumento

de
resgfriamento

– Conexões
muito
mais
confiáveis
do
que
conexões
soldadas.

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– ÚlGmas
Gerações:

• LSI
(Large
Scale
IntegraGon):
+
de
1k
componentes

• VLSI
(Very
LSI):
+
de
100k
componentes

• Fairchild
(1970):
primeira
memória
de
semicondutores

– 256
bits

– 70
bilionésimos
de
segundo
para
ler
1
bit

– Preços
bem
mais
baixos

– Gerações:

» 1k,
4k,
16k,
64k,
256k,
1M,
4M,
16M,
64M,
128M,
265M,

512M,
1G,
2G...


Aula
2

•  Breve
Histórico
da
Evolução

– Intel
4004
(1971):
primeira
pasGlha
com
todos
os

componentes
de
uma
CPU

– Somas
de
números
de
4
bits

– MulGplicação
por
somas
repeGdas

– Intel
8008
(1972):
primeiro
microprocessador
de
8
bits

– Intel
8080
(1974):
primeiro
microprocessador
de
propósito

geral

» 8
bits,
+
instruções
e
grande
endereçamento
de
memória

– Final
de
70:
microprocessadores
de
propósito
geral
(16
bits)

» Intel
8086

– Bell
Labs
e
HP
desenvolveram
em
1981,
microprocessadores

de
32
bits
de
uma
única
pasGlha.

» Intel
80386


Aula
3

•  Projeto
que
visa
desempenho

– Poder
de
processamento
é
virtualmente
gratuito.

• Custo
dos
transistores
é
baixíssimo.

– Assim
possibilitou
o
desenvolvimento
de

aplicações
com
recursos
e
complexidade

espantosos:

• Processamento
de
imagens,
reconhecimento
de
voz,

videoconferência,
mulGmídia,
aplicações
cienqficas,

etc.

• Aplicações
comerciais
dependem
de
estações

servidoras
de
capacidades
de
processamento
cada
vez

maior.

Aula
3

– Por
um
lado
os
blocos
básicos
dos
computadores

de
hoje
conGnuam
sendo
praGcamente
os

mesmos
do
computador
IAS
(50
anos
atrás),
por

outro
as
técnicas
para
obter
o
máximo

desempenho
a
parGr
dos
recursos
disponíveis

tornaram‐se
cada
vez
mais
sofisGcadas.

Aula
3

•  Velocidade
do
microprocessador

– A
evolução
das
máquina
confirma
a
Lei
de
Moore.

• Os
fabricantes
poderão
lançar
uma
nova
geração
de

pasGlhas
a
cada
três
anos

‐
qtde
de
transistores
4
vezes

maior
do
que
a
geração
anterior.

– Desde
que
Intel
lançou
a
família
x86,
o
desempenho
dos

microprocessadores
aumentou
4
a
5
vezes
a
cada
3
anos

(novos
circuitos
e
redução
das
distâncias
entre
componentes)

• Para
as
pasGlhas
de
memórias
(RAM),
isso

quadruplicou,
a
cada
três
anos.

Aula
3

– Porém,
a
grande
velocidade
dos

microprocessadores
não
será
aproveitada,
a

menos
que
possam
ser
alimentados
com
um
fluxo

constante
de
instruções
de
processamento.

– Entre
as
novas
técnicas:

• Previsão
de
desvios

• Análise
de
fluxo
de
dados
(escalonamento
de

instruções)

• Execução
especulaGon

Aula
3

•  Balanceamento
do
desempenho

– Enquanto
a
velocidade
do
processador
cresceu

assustadoramente,
outros
componentes
críGcos

não
acompanharam
essa
evolução.

• Necessário
buscar
um
bom
balanceamento
de

desempenho.

– O
problema
mais
críGco
decorre
no
interface
entre

o
processador
e
a
memória
principal.

Aula
3

Aula
3

Aula
3

– Este
problema
pode
ser
atacado
de
várias
formas:

• Ampliar
o
número
de
bits
obGdos
em
cada
acesso,

aumentando‐se
a
largura
das
memórias
em
vez
de
sua

capacidade
e
uGlizando
barramentos
de
dados
mais

largos.

• Mudar
a
interface
da
memória
para
torná‐la
mais

eficiente,
usando
uma
memória
cache
ou
outro

esquema
de
armazenamento
temporário
na
pasGlha
da

memória
DRAM.

• Reduzir
frequência
de
acesso
à
memória,
incorporando

estruturas
de
memórias
cache
eficientes
e
complexas

entre
o
processador
e
a
memória
principal.


Aula
3

• Aumentar
a
largura
de
banda
da
conexão
entre

processadores
e
memórias
usando
barramento
de
alta

velocidade
e
uma
hierarquia
de
barramentos
para

estruturas
o
fluxo
de
dados
e
armazenar
os
dados

temporariamente.– Outra
área
de
projeto
importante
é
a
dos

disposiGvos
de
E/S.

• À
medida
que
os
computadores
se
tornam
mais
rápidos

e
poderosos,
foram
desenvolvidas
aplicações
mais

sofisGcadas
que
fazem
uso
de
periféricos
com
grande

demanda
por
E/S

Aula
3

Aula
3

•  A
questão‐chave

do
projeto
é
o

balanceamento.

– Equilíbrio
entre
demandas
de
transferências
de

dados
e
processamento
dos
diversos

componentes
do
processador,
da
memória

principal,
dos
disposiGvos
de
E/S
e
das
extruturas

de
interconexão.


 

Aula
3

•  O
projeto
deve
ser
constantemente
avaliado

de
modo
que
se
adapte
a
dois
fatores
que

evoluem
constantemente:

– A
taxa
de
variação
de
desempenho
nos
diversos

Gpos
de
componentes(processador,
memória,

barramentos,
etc.)

– O
desenvolvimento
de
novas
aplicações
e
novos

disposiGvos
periféricos
muda
constantemente
a

natureza
da
demanda
no
sistema.


Aula
4

•  Componentes
de
um
computador

– O
computador
é
composto
de
um
pequeno

conjunto
de
componentes
lógicos
básicos,
que

podem
ser
combinados
de
vários
modos
para

armazenar
dados
binários
e
executar
operações

aritméGcas
e
lógicas
sobre
esses
dados.

– Esse
processo
de
conectar
os
diferentes

componentes
do
sistema
para
obter
configuração

desejada
pode
ser
concebido
como
uma
forma
de

programação,
onde
o
programa
resultante
é

chamado
programa
hardwired.

Aula
4

Aula
4

•  Agora
suponha
que
construímos
uma

configuração
de
funções
lógicas
e
aritméGcas

de
propósito
geral.
Esse
conjunto
de

componentes
de
hardware
é
capaz
de

executar
várias
funções
sobre
os
dados,

dependendo
dos
sinais
de
controle
que
lhe

são
aplicados.

Aula
4

Aula
4

•  Programar
agora
ficou
muito
mais
fácil.
Em
vez

de
projetar
um
novo
hardware
para
cada

aplicação
nova,
precisamos
apenas
fornecer

uma
novo
sequência
de
códigos.
Cada
código

corresponde
a
uma
instrução;
uma
parte
do

hardware
interpreta
essas
instruções
e
gera
os

sinais
de
controle
correspondentes.

•  Para
disGnguir
esse
novo
método
de

programação
,
uma
sequência
de
códigos
ou

instruções
é
chamada
de
sovware.

Aula
4

– Vários
outros
componentes
ainda
são
necessários:

• Módulo
de
entrada
de
dados:
contém
componentes

básicos
que
recebem
dados
e
instruções,
em
algum

formato,
e
os
converte
em
uma
representação
interna,

composta
de
sinais
usados
pelo
sistema.


• Módulo
de
E/S:
Exibir
os
resultados
produzidos

• Módulo
de
armazenamento
temporário:
armazenar

dados
e
instruções
temporariamente.


– Conjunto
de
posições
idenGficadas
por
endereços
numerados

seqüencialmente.
Cada
posição
contem
um
número
binário

que
pode
ser
interpretado
como
uma
instrução
ou
como
um

dado.


Aula
4

Aula
4

– O
processamento
necessário
para
a
execução
de

uma
instrução
é
chamado
de
ciclo
de
instrução.

Aula
4

– No
inicio
de
cada
instrução,
o
processador
busca

uma
instrução
da
memória.


• Em
um
processador
qpico,
um
registrador
chamada

contador
de
instruções

(PC
–
program
counter)
é
usado

para
guardar
o
endereço
da
próxima
instrução
a
ser

buscada
na
memória.

• A
instrução
buscada
é
carregada
no
registrador

conhecido
como
registrador
de
instruções
(IR
–

intrucGon
register)

– Assim,
o
processador
interpreta
a
instrução
e

executa
a
ação
requistada.
Em
geral,
as
ações
são

classificadas
em:

Aula
4

• Processador‐memória:
transferência
de
dados
para/da

memória
do/para
processador

• Processador‐E/S:
transferência
de
dados
entre
o

processador
e
um
disposiGvo
periférico
por
meio
de
um

módulo
de
E/S

• Processamento
de
dados:
execução
de
operações

aritméGcas
ou
lógicas
sobre
os
dados

• Controle:
determinadas
instruções
podem
especificar

que
a
sequência
de
execução
de
instruções
seja

alterada.


– A
execução
de
uma
instrução
pode
envolver
uma

combinação
dessas
ações.

Aula
4

Aula
4

Aula
4

– Processadores
modernos
incluem
instruções
que

contêm
mais
de
uma
referência
à
memória

(ou
E/
S).

– Ex:
ADD

B,
A
(PDP‐11)

• A
instrução
ADD
é
buscada

• O
conteúdo
do
endereço
de
memória
A
é
carregado
no

processador

• O
conteúdo
do
endereço
de
memória
B
é
carregado
no

processador.

• Os
dois
valores
são
somados

• O
resultado
obGdo
é
armazenado
no
endereço
de

memória
A.

Aula
4

Aula
5

•  Interrupções

– Quase
todos
os
computadores
possuem
algum

mecanismo
pelo
qual
componentes
disGntos
do

processador
podem
interromper
a
seqüencia

normal
de
execução
de
instruções.

Aula
5

Aula
5

•  Interrupções

– O
mecanismo
de
interrupções
visa,

principalmente,
melhorar
a
eficiência
de

processamento.

• Suponha
que
o
processador
esteja
transferindo
dados

para
uma
impressora
uGlizando
o
esquema
de
ciclo
de

instrução.
Como
a
maioria
dos
disposiGvos
externos
é

muito
mais
lenta
que
o
processador,
este
deve
esperar

o
término
da
operação
de
escrita,
permanecendo

ocioso
até
que
a
impressora
termine
de
capturar
os

dados.

Aula
5

Aula
5

Aula
5

Aula
5

Aula
5

Aula
5

Aula
5

Aula
5

Aula
5

•  MúlGplas
Interrupções

– Na
discussão
precedente,
consideramos
a

possibilidade
de
ocorrência
de
uma
única

interrupção.
Entretanto,
supomos
que
podem

ocorrer
várias
interrupções.

• Ex:
impressora
gera
interrupção
sempre
que
completa

uma
impressão
e
um
controlador
de
linha
gera
uma

interrupção
sempre
que
chega
uma
unidade
de
dados.

Aula
5

Aula
5

Aula
5

Aula
5

•  Funcionamento
da
E/S

– Um
modulo
de
E/S
(e.g.
Controlador
de
disco)

pode
trocar
dados
diretamente
com
o

processador.
Assim
como
o
processador
pode

iniciar
uma
operação
de
leitura
ou
escrita
na

memória,
designando
um
endereço
específico,
ele

pode
também
ler
ou
escrever
dados
em
um

módulo
de
E/S.

Aula
5

•  Funcionamento
da
E/S

– Em
alguns
casos,
é
preferível
que
a
transferência

de
dados
de
E/S
seja
feita
diretamente
para
a

memória.
O
processador
permite
o
acesso
de

leitura
e
escrita
na
memória
a
um
módulo
de
E/S,

de
modo
que
as
transferências
de
dados
entre
a

memória
e
a
E/S
sejam
realizadas
sem
a

intervenção
do
processador.
Essa
operação
é

conhecida
como
Acesso
Direto
à
Memória
(DMA).

Aula
6

•  Estruturas
de
Interconexão

– Um
computador
consiste
de
um
conjunto
de

componentes
ou
módulos
de
três
Gpos

básicos(processador,
memória,
E/S)
que
se

comunicam
entre
si.

Aula
6

Aula
6

•  A
coleção
de
caminhos
que
conectam
os

vários
módulos
é
chamada
estrutura
de

interconexão.

•  Várias
estruturas
de
interconexão
têm
sido

uGlizadas
ao
longo
dos
anos.
As
comuns
são
o

barramento
e
as
várias
estruturas
de
múlGplos

barramentos.

Aula
6

•  Interconexão
de
barramentos

• Um
barramento
é
um
caminho
de
comunicação
entre

dois
ou
mais
disposiGvos.
Uma
caracterísGca
básica
de

um
barramento
é
ser
um
meio
de
transmissão

comparGlhado.

• Diversos
disposiGvos
podem
ser
conectados
a
um

barramento,
podendo
um
sinal
transmiGdo
por

qualquer
dos
disposiGvos
ser
recebidos
por
todos
os

outros
conectados
ao
barramento.

• Se
dois
disposiGvos
transmitem
ao
mesmo
tempo,

esses
sinais
irão
se
sobrepor
e
serão
adulterados.
Para

que
a
transmissão
acorra
com
sucesso,
apenas
um

disposiGvo
pode
transmiGr
a
cada
instante.

Aula
6

• Um
barramento
consiste
em
vários
caminhos
ou
linhas

de
comunicação,
cada
qual
capaz
de
transmiGr
sinais

que
representam
um
dígito
binário,
0
ou
1.
As
linhas
do

barramento
podem
ser
usadas,
em
conjunto,
para

transmiGr
vários
dígitos
binários
simultaneamente.

• Um
sistema
de
computação
contém
diversos

barramentos,
que
fornecem
caminhos
de
comunicação

entre
os
componentes,
nos
vários
níveis
da
hierarquia

do
sistema.
O
barramento
usado
para
conectar
os

componentes
principais
(processador,
memória,
E/S)
é

conhecido
comobarramento
do
sistema.
As
estruturas

de
interconexão
mais
comuns
são
baseadas
no
uso
de

um
ou
mais
barramentos
do
sistema.

Aula
6

Aula
6

•  Linhas
de
dados

– Caminho
para
transferência
de
dados
entre

módulos
do
sistema

– Chamado
de
barramento
de
dados

– Contém
Gpicamente
8,
16,
32
ou
64
linhas

– O
número
de
linha
é
conhecido
como
largura
do

barramento
de
dados

– A
largura
é
um
parâmetro
fundamental
para
o

desempenho
global
do
sistema


• Ex.
Barramento
de
8
bits
e
instruções
de
16
bits

Aula
6

•  Linhas
de
Endereço

– São
uGlizadas
para
designar
a
fonte
ou
desGno
dos

dados
transferidos
pelo
barramento
de
dados

– A
largura
determina
a
capacidade
máxima
da

memória
do
sistema.

– As
linhas
de
endereço
são
uGlizadas
para

endereçar
as
portas
de
E/S.

• 01111111
para
memória
e
10000000
para
E/S

Aula
6

•  Linhas
de
Controle

– São
usadas
para
controlar
o
acesso
e
a
uGlização

das
linhas
de
dados
e
de
endereço.

– Controla
a
uGlização
dos
barramentos
de
dados
e

endereço
(comparGlhados)

– Os
sinais
de
controle
são
usados
tanto
para

transmiGr
comandos
(operações
a
serem

executadas)
quanto
para
transmiGr
informação
de

temporização

(validade
dos
dados
e
endereços)

entre
módulos
do
sistema.


Aula
6

Aula
6

•  O
barramento
opera
assim:

– Um
módulo
de
sistema
deseja
enviar
dados
para

outro:

• 1.
obter
controle
de
barramento

• 2.
transferir
os
dados
por
meio
do
barramento

– Quando
um
módulo
deseja
requisitar
dados
de

outro
módulo:

• 1.
obter
controle
do
barramento

• 2.
transferir
uma
requisição
para
o
outro
módulo
por

meio
das
linhas
de
endereço
e
de
controle

• 3.
esperar
que
o
outro
módulo
envie
os
dados
pedidos.


Aula
6

Aula
6

•  Hierarquia
de
múlGplos
barramentos

– O
desempenho
do
sistema
pode
ser
prejudicado

caso
o
número
de
disposiGvos
conectados
ao

barramento
seja
muito
grande.

• 1.
>
no.
de
dispositos,
>
comprimento
de
um

barramento,
>
atraso
de
propagação
de
sinais.

• 2.
O
barramento
pode
se
tornar
um
gargalo
do
sistema

quando
a
demanda
agregada
por
transferência
de

dados
se
aproxima
da
capacidade
do
barramento
(pode

ser
contornado
>
taxa
de
transferência
e
>
largura).


Aula
6

•  Entretanto,
como
as
taxas
de
transferência
de

dados
dos
disposiGvos
conectados
vem

crescendo
rapidamente,
certamente
usar

apenas
um
barramento
torna‐se
uma

abordagem
ultrapassada.

•  Assim,
a
maioria
dos
sistema
computacionais

uGliza
múlGplos
barramentos,
geralmente

dispostos
de
maneira
hierárquica.

Aula
6

Aula
6

Aula
7

•  Elementos
de
projeto
de
barramentos

– Embora
existam
vários
Gpos
de
barramentos,

poucos
parâmetros
podem
ser
empregados
para

classificar
e
diferenciá‐los.

Aula
7

– Tipos

• Dedicado

– Função
fixa
ou
é
associado
a
um
subconjunto
de
componentes

zsicos
de
um
computador.
Ex:
barramento
de
dados/
endereços.

• MulGplexado

– As
linhas
são
comparGlhadas
em
tempos
definidos

(mulGplexação
de
tempo)

» Vantagem:
economia
de
espaço
‐>
custo

» Desvantagem:
módulos
com
circuitos
mais
complexos

• Dedicação
zsica:
vários
barramentos,
cada
qual

conectado
apenas
a
um
subconjunto
de
módulos

– Vantagem:
altas
taxas
de
transferência

– Desvantagem:
aumento
do
tamanho
e
custo
do
sistema.


Aula
7

– Métodos
de
arbitração

• Centralizado

– Um
árbitro
(módulo
separado
ou
parte
do
processador)
é

responsável
por
alocar
tempo
de
uGlização
do
barramento
a

cada
módulo
do
sistema.

• Distribuído

– Não
existe
controle
central.
Cada
módulo
do
sistema
contém

uma
lógica
de
controle
de
acesso
e
os
módulos
agem
de

forma
conjunta
para
comparGlhar
o
barramento.

Aula
7

– Temporização

• Refere‐se
ao
modo
pelo
qual
os
eventos
nesse

barramento
são
coordenados.

– Síncrona:
determinado
pelo
relógio
(linha
que
transmite
uma

seqüência
alternada
de
1s
e
0s
na
mesma
frequência).
Uma

transmissão
de
um
1
e
um
0
é
chamada
de
ciclo
de

barramento.

– Assíncrona:
a
ocorrência
de
um
evento
no
barramento

depende
de
um
evento
ocorrido
anteriormente.


Aula
7

Aula
7

Aula
7

•  Largura
do
barramento

– A
largura
do
barramento
de
dados
tem
impacto

sobre
o
desempenho
do
sistema:quanto
maior
a

largura
do
barramento
de
dados,
maior
o
número

de
bits
transferidos
de
cada
vez.

– A
largura
do
barramento
de
endereço
tem

impacto
sobre
a
capacidade
do
sistema:
quanto

maior
a
largura
do
barramento
de
endereço,

maior
o
número
de
posições
de
memória
que

podem
ser
endereçadas.

Aula
7

•  Tipos
de
transferências
de
dados

– Um
barramento
permite
vários
Gpos
de

transferência
de
dados
de
escrita
(mestre
para

escravo)
e
leitura
(escravo
para
mestre).


Aula
7

Aula
7

Aula
7

Aula
8

•  Memória
interna

– Embora
o
conceito
de
memória
seja

aparentemente
simples,
é
talvez
aquele

componente
que
apresentar
maior
variedade
de

Gpos,
tecnologias,
organizações,
desempenhos
e

custos,
entre
todos
os
elementos
de
um
sistema

de
computador.

– Nenhuma
das
tecnologias
de
memórias
existentes

saGsfaz
de
maneira
óGma
todos
os
requisitos
de

armazenamento
de
dados
em
computadores.

Aula
8

•  Assim,
um
sistema
de
computador
qpico
é

equipado
com
uma
hierarquia
de
subsistemas

de
memória,
algumas
internas(diretamente

acessíveis
pelo
processador)
e
outras
externas

(acessíveis
pelo
processador
por
meio
de
um

módulo
de
E/S).


Aula
8

Aula
8

•  Classificação

Aula
8

•  Localização

– Processador:
registradores/cache


– Interna:
memória
principal

– Externa:
disposiGvos
periféricos
de

armazenamento
(disco
e
fitas)

• Acessíveis
ao
processador
através
de
controladores
de

E/S


Aula
8

•  Capacidade

– Na
memória
interna
normalmente
expressa
em

função
de
bytes
ou
palavras.

• Os
tamanhos
mais
usuais
de
palavras
são:
8,
16,
32
bits

– Na
memória
externa,
a
capacidade
é
Gpicamente

expressa
em
função
de
bytes.

– Tamanho
e
número
de
palavras

Aula
8

•  Unidade
de
transferência
de
dados

– Na
memória
interna
a
unidade
de
transferência
é

igual
ao
número
de
linhas
de
dados
do
módulo
de

memória
(frequentemente
igual
ao
tamanho
da

palavra).

– Para
entender
melhor,
considere:

Aula
8

•  Palavra:
unidade
natural
de
organização
da
memória.

O
tamanho
de
uma
palavra
é
Gpicamente
igual
ao

numero
de
bits
usados
para
representar
um
número

inteiro
e
ao
tamanho
da
instrução.

•  Existem
exceções:

– CRAY
1

• Palavra
=
64
bits
e
Inteiros
=
24
bits

– VAX

• Palavra
=
32
bits
e
intruções
com
tamanhos
diferentes

(múlGplos
de
byte).

Aula
8

•  Unidade
endereçável:

em
muitos
sistemas,
a

unidade
endereçável
de
dados
é
a
palavra.

Entretanto,
alguns
sistemas
permitem
o

endereçamento
de
bytes.

– Em
qualquer
um
dos
casos,
a
relação
entre
o

tamanho
em
bits
A
de
um
endereço
e
o
número

de
unidades
endereçaveis
N
é
2A

=
N

Aula
8

•  Unidade
de
transferência:
a
unidade
de

transferência
de
dados
da
memória
principal
é

o
número
de
bits
que
podem
ser
lidos
ou

escritos
de
cada
vez.
Ela
não
precisa
ser
igual
a

uma
palavra
ou
à
unidade
endereçável
de

dados.
Na
memória
externa,
os
dados
são

frequentemenet
transferidos
em
unidade

muito
maiores
do
que
uma
palavra,
chamadas

de
blocos.

Aula
8

•  Métodos
de
acesso

– Acesso
sequencial:
os
dados
são
organizados
na
memória

em
unidades
chamadas
registros.
O
acesso
é
feito
segundo

uma
seqüência
linear
específica.
Além
dos
dados,
são

armazenadas
informações
de
endereçamento,
uGlizadas

para
separar
um
registro
do
registro
seguinte
e
facilitar
o

processo
de
busca
por
um
determinado
registro.
Um

mecanismo
comparGlhado
é
usado
para
leitura
e
escrita;
a

cada
operação
ele
deve
ser
movido
de
sua
posição
atual

para
a
desejada,
ignorando
registros
intermediários.Tempos
de
acesso
são
variáveis.

•  Ex:
unidade
de
fita

Aula
8

– Acesso
direto:
emprega
mecanismo

comparGlhado
para
leitura
e
escrita.
Entretanto,

cada
bloco
individual
ou
registro
possui
um

endereço
único,
baseado
em
sua
localização
zsica.

O
acesso
é
feito
por
meio
de
um
acesso
direto
a

uma
vizinhança
genérica
do
registro
e,
em

seguida,
por
uma
pesquisa
sequencial,
por

contagem
ou
por
espera
até
aGngir
a
posição
final.

Tempos
de
acesso
são
variáveis.


• Ex:
unidade
de
disco

Aula
8

– Acesso
aleatório:
cada
posição
de
memória

endereçável
possui
um
mecanismo
de

endereçamento
único
e
fisicamente
conectado
a

ela.
O
tempo
de
acesso
a
uma
determinada

posição
é
constante
e
independente
da
sequência

de
acessos
anteriores.
Dessa
maneira
qualquer

posição
pode
ser
selecionada
de
modo
aleatório,

sendo
endereçada
e
acessada
diretamente.

• Ex:
memória
principal
e
alguns
sistemas
de
cache.

Aula
8

– AssociaGvo:
consiste
em
um
Gpo
de
memória
de

acesso
aleatório
que
possibilita
comparar

simultaneamente
certo
número
de
bits
de
uma

palavra
com
todas
as
palavras
da
memória,

determinando
quais
dessas
palavras
contêm
o

mesmo
padrão
de
bits.
Uma
palavra
é
buscada
na

memória
com
base
em
uma
parte
do
seu

conteúdo,
e
não
de
acordo
com
o
seu
endereço.

Cada
posição
da
memória
possui
seu
mecanismo

de
endereçamento
próprio
e
o
tempo
de
busca
é

constante
e
independente
da
posição
ou
do

padrão
dos
acessos
anteriores.


• Ex:
memórias
cache

Aula
8

– Desempenho

• Tempo
de
acesso

– Tempo
gasto
para
efetuar
uma
operação
de
leitura
ou
de

escrita

» Acesso
aleatório

» Acesso
não‐aleatório

• Tempo
de
ciclo
de
memória

– Tempo
de
acesso
e
o
tempo
adicional
requerido
antes
que
um

segundo
acesso
possa
ser
iniciado.

• Taxa
de
transferência

– Taxa
na
qual
os
dados
podem
ser
transferidos
de
ou
para
a

unidade
de
memória.

– Memória
de
acesso
não‐aleatório

Aula
8

– Tecnologias

• Semicondutor,
superzcie
magnéGca,
memórias
ópGcas

e
magneto‐ópGcas.

– CaracterísGcas
zsicas

• VoláGl,
não‐voláGl,
apagável
e
não‐apagável


– Organização

Aula
9