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Organização de Computadores - Resumo

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contribuição para a computação foi propor que os dados lidos em cartões perfurados fossem gravadas na memória do computador.
A contribuição de Von Neumann para a computação propõe uma arquitetura onde:
Dados e instruções fossem armazenados em uma única memória que seria utilizada tanto para leitura quanto para escrita.
Os dados armazenados na memória poderiam ser acessados através de endereços.
A execução de um programa ocorre sequencialmente, por ordem de endereços, exceto se for feita algum desvio explícito no programa.
COMPOSIÇÃO DO MODELO: O Modelo proposto por Von Neumann (1945) é formado por uma CPU, memória, unidade de entrada e unidade de saída, conectados entre si através de um barramento.
A CPU, POR SUA VEZ, É COMPOSTA POR:
Unidade Lógico-Aritmética: responsável pelas execução de operações lógicas e aritméticas efetuando transformações sobre os dados
Unidade de Controle: responsável pela interpretação e execução de comandos
Registradores Internos: conjunto de células que funcionam como pequenas memórias para leitura e gravação temporária de dados.
MEMÓRIA:
Comunicação CPU/Memória: A comunicação entre CPU e memória utiliza dois registradores específicos:
RDM (Registrador de Dados da Memória) - Armazena o endereço da palavra na memória
REM – (Registrador de Endereços da Memória) - Armazena o conteúdo da palavra lida ou que será escrita na memória
BARRAMENTO:
Conectam CPU/Memória/Controladores  de dispositivos de E/S.
São divididos em 3 partes:
     1- Controle: define o tipo de operação
     2- Dados: informa o que será lido/escrito
     3- Endereço: informa o endereço para leitura/escrita
PROGRAMAÇÃO:
• Programação sequencial
• O valor de uma variável é alterado durante a execução de um programa
• Instruções e dados são armazenados indistintamente.
LIMITAÇÕES DO MODELO: 
Grande quantidade de acessos a memória. Velocidade dos novos dispositivos. Execução em paralelo.
Aula 07
O PROCESSADOR QUE, POR SUA VEZ, SERÁ DIVIDIDO EM TRÊS PARTES:
• Instruções
• Unidade de controle
• Unidade Lógico aritmética
CONJUNTO DE INSTRUÇÕES: Todo o processador é fabricado contendo um conjunto de instruções que define quais operações ele pode realizar.
A INSTRUÇÃO utiliza registradores de uso geral para armazenamento temporários dos dados que serão processados e de uso específico para funções pré definidas de controle ou destinadas a uma forma de armazenamento implícito.
ATENÇÃO: Ninguém programa diretamente utilizando as instruções do processador! Os programas são desenvolvidos em linguagens de alto nível. Os compiladores são responsáveis por transformar este programa para uma linguagem de montagem (Assembly) , que é a representação textual das instruções como, por exemplo, ADD, MOV, INC etc.
TIPOS DE INSTRUÇÃO: Existem três tipos de instrução: as Instruções aritméticas e lógicas, as Instruções de movimentação de dados e as Instruções de transferências de controle.
INSTRUÇÕES ARITMÉTICAS E LÓGICAS: Realizam operações aritméticas (ADD, SUB ...) e lógicas (AND, OR).
INSTRUÇÕES DE MOVIMENTAÇÃO DE DADOS: Transferem dados entre registradores ou entre registrador e memória principal (MOV ).
INSTRUÇÕES DE TRANSFERÊNCIAS DE CONTROLE: Executam o desvio do fluxo sequencial do código.
ATENÇÃO: Alguns processadores possuem ainda instruções para tratamento de ponto flutuante, manipulação de bits e  manipulação de cadeias de caracteres (strings).
EXECUÇÃO DE UMA INSTRUÇÃO: A execução de uma instrução é dividida em etapas. São elas:
FORMATO BÁSICO DE UMA INSTRUÇÃO: Uma instrução possui dois formatos básicos, que são:
• Código da operação e • Operando 
As instruções podem ter mais de um operando ou nenhum operando.
Código de Operação: Indica que operação será executada. A quantidade de bits destinada a este código determina o número máximo de instruções possíveis.
Operando: Indica o(s) dado(s) que será(ão) manipulado(s). Operações aritméticas possuem em geral 2 ou 3 operandos.
MODOS DE ENDEREÇAMENTO: As maneiras de endereçamento são: imediato, direto,  indireto, por registrador, relativo a base e indexado.
IMEDIATO: Utiliza um valor como operando e não um endereço na memória. 
Exemplo: ADD #4, R1           O valor 4 é adicionado ao registrador R1.
DIRETO: Indica o endereço de memória onde está o operando. 
Exemplo: ADD  (20), R1        O conteúdo do endereço 20 é adicionado a R1
INDIRETO: Indica um ponteiro para o operando. 
Exemplo: ADD (R1),R2             R1 contém o endereço do valor que será adicionado a R2
POR REGISTRADOR: O endereço se refere a um registrador.
RELATIVO À BASE: Endereço obtido pela soma do operando com o conteúdo de um registrador base.
Exemplo: ADD 20(R1),R2          O endereço é dado pelo deslocamento R1 a partir da base 20
INDEXADO: índice para uma estrutura (vetor).
Exemplo: ADD (R1+R2),R3       O endereço é fornecido pela soma do endereço base R1 com o deslocamento R2.
Aula 08
MODELO DE VON NEUMANN:
PROCESSADOR E SEUS COMPONENTES:  Já sabemos como um computador é inicializado (procedimento de bootstrap) e, com isso, entendemos que o processador é composto por circuitos capazes de executar instruções. 
 A FUNÇÃO DO PROCESSADOR É, então, executar instruções e, para isso, obedece ao ciclo de busca, decodificação e execução da instrução.
FUNÇÕES DO PROCESSADOR: Buscar uma instrução na memória. Interpretar que operação está sendo requerida. Buscar os operandos necessários. Executar a operação. Guardar o resultado (se for o caso). Reiniciar o ciclo.
As funções realizadas pelo processador podem ser divididas em dois grupos: controle e processamento.
FUNÇÕES DE CONTROLE: Responsável pela busca, interpretação e controle de execução das instruções.
COMPONENTES DO GRUPO DE CONTROLE: 
• Unidade de controle – Responsável pela movimentação de Instruções
• Registrador de instruções – Armazena a Instrução que está sendo executada
• Decodificador de instruções – Identifica qual Instrução será executada
• Contador de instruções – Registrador que armazena o endereço da próxima instrução que será executada
• Registrador de endereço de memória – REM ou MAR
• Registrador de dados de memória – RDM ou MBR
FUNÇÕES DE PROCESSAMENTO: Execução de operações aritméticas, operações lógicas, movimento de dados, desvios e operações de entrada ou saída.
COMPONENTES DO GRUPO DE PROCESSAMENTO: 
• UAL (ALU) – cada bit possui um significado (sinal, overflow, zero, vai 1, paridade, etc)
• ACC - Registrador acumulador
• Registradores de dados 
• Registrador de estado (PSW) - cada bit possui um significado (sinal, overflow, zero, vai 1, paridade, etc)
INTERRUPÇÕES: São eventos provocados pelo hardware que provocam o desvio da sequência normal de execução de uma tarefa.
São sinais de hardware fundamentais para a existência de sistemas multitarefa, pois provocam a interrupção da tarefa em execução.
As interrupções são inicialmente tratadas pelo processador que, em seguida, desvia a execução do programa para a rotina de tratamento da interrupção também chamada de interrupt handler.
AS INTERRUPÇÕES PODEM SER DIVIDIDAS EM TRÊS CLASSES:  RELÓGIO, E/S E FALHA DE HARDWARE.
RELÓGIO: É o dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo. A frequência do processador é dada pela quantidade de ciclos por segundo. A interrupção gerada pelo relógio interno do processador provoca a suspensão periódica da tarefa em execução para permitir a execução de uma nova tarefa. Esta interrupção é fundamental para o modelo de sistemas multitarefa atuais.
E/S: Gerada por um controlador de E/S par sinalizar o término de uma operação. Após o término da execução da rotina de tratamento o processamento retorna ao ponto imediatamente após de onde foi interrompido.
FALHA DE HARDWARE: Gerada por uma falha de hardware para impedir a continuidade da execução da tarefa.
PIPELINE: O esquema tradicional de execução de uma instrução (sequencial) não utiliza o potencial dos circuitos eletrônicos cada vez mais rápidos, pois existem tarefas mais lentas que outras, como, por exemplo, o acesso à memória. No modelo