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Arquitetura dos Computadores SENAC – FATEC - ADS Fundamentos de Informática Prof. Fábio Giulian Marques 2012 -01 1 ARQUITETURA De VON NEUMANN Johann Von Neumann (1907-1957) - matemático húngaro Johann von Neumann (1907-1957), matemático húngaro, estabeleceu em 1945 os princípios de operação de um computador eletrônico digital. ]Estes princípios ficaram conhecidos como arquitetura de Von Neumann e são ainda hoje as bases de operação dos computadores mais modernos. 2 ARQUITETURA De VON NEUMANN Três componentes principais: UNIDADE PROCESSAMENTO se caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular tais programas e dados 3 ARQUITETURA De VON NEUMANN MEMÓRIA são armazenados dados e programas (conjunto de instruções) realizam determinados cálculos ou tarefas. 4 ArQUITETURA De VON NEUMANN MEMÓRIA ArQUITETURA DE VON NEUMANN Unidade de Controle É um circuito lógico responsável pelo funcionamento da máquina, controlando o fluxo de instruções. Este funcionamento realiza-se em ciclos (Clock) 6 ArQUITETURA DE VON NEUMANN UNIDADE DE PROCESSAMENTO Realiza os cálculos de acordo com as instruções. Esta unidade contem basicamente Registradores e uma Unidade Lógico-Aritmética (ULA), onde são executadas as operações aritméticas. 7 ArQUITETURA DE VON NEUMANN Contém o ENDEREÇO na memória com a próxima instrução a ser executada. Registrador IC (Instruction Counter) Registrador IC (Instruction Counter) Contém o endereço na memória com a próxima instrução a ser executada. 8 ArQUITETURA DE VON NEUMANN Contém a próxima INSTRUÇÃO a ser executada. Registrador IR (Instuction Register) ArQUITETURA DE VON NEUMANN MAR (Memory Address Register) Contém o ENDEREÇO da posição da memória a ser lida ou escrita. ArQUITETURA DE VON NEUMANN MBR (Memory Buffer Register) Contém o DADO a ser lido ou escrito na memória. ArQUITETURA DE VON NEUMANN Registradores de propósito geral Usados para armazenar resultados intermediários. ArQUITETURA DE VON NEUMANN Ciclo de Instrução = Ciclo de Busca e Execução computador lê e processa uma instrução em linguagem de máquina da sua memória Um ciclo de instrução (também chamado de ciclo de busca e execução ou ciclo busca-execução) é o período de tempo no qual um computador lê e processa uma instrução em linguagem de máquina da sua memória ou a seqüência de ações que a UCP realiza para executar cada instrução em código de máquina num programa. 13 ArQUITETURA DE VON NEUMANN 1 Transferência do conteúdo do IC MAR. ArQUITETURA DE VON NEUMANN 2. Busca da próxima instrução e MBR. ArQUITETURA DE VON NEUMANN 3. Conteúdo do MBR IR (instruction fetch). ArQUITETURA DE VON NEUMANN 4. Decodificação da instrução pelo circuito lógico da unidade de controle. ArQUITETURA DE VON NEUMANN 5. Execução da operação: • Operação aritmética ULA opera sobre números armazenados em 2 ou + registradores específicos para o tipo de operação. 5. Execução da operação: • Operação aritmética – neste caso, a ALU opera sobre números armazenados em dois ou mais registradores específicos para o tipo de operação. • Leitura ou gravação de um dado na memória – se a instrução for de leitura, o endereço do operando, contido no IR, é transferido para o MAR e o valor lido é transferido para o MBR e daí para um registrador apropriado para a operação. Se a instrução for de gravação na memória (por exemplo, um resultado de uma operação), o dado é transferido de um registrador para o MBR, com seu endereço na memória em MAR. 18 ArQUITETURA DE VON NEUMANN • Leitura o endereço do operando, contido no IR MAR e o valor lido MBR registrador apropriado para a operação. 5. Execução da operação: ArQUITETURA DE VON NEUMANN GRAVAÇÃO Memória (um resultado de uma Operação) o dado é Registrador MBR, Endereço na memória em MAR. 5. Execução da operação: ArQUITETURA DE VON NEUMANN 6. Fim do ciclo e retorna para (1). ArQUITETURA DE VON NEUMANN O processamento sequencial (incremento do IC) Fluxo de instruções pode ter desvios condicionais! A principal característica da arquitetura de Von Neumann é que o processamento é feito de forma seqüencial (através do incremento do IC), sendo que fluxo de instruções pode ter desvios condicionais ou condicionais. Esta arquitetura persiste até hoje, mesmo nos computadores mais modernos 22 ArQUITETURA DE VON NEUMANN Esta arquitetura persiste até hoje, mesmo nos computadores mais modernos 23 Arquitetura Moderna Os computadores modernos são ainda construídos com base na arquitetura de Von Neumann. No entanto, os componentes eletrônicos são hoje bem menores, e o ciclo da máquina é da ordem de mil vezes mais rápido do que os computadores dos anos 70. Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, observou em 1965 que o número de transistores de um circuito integrado (CHIP) dobrava a cada ano, desde que o circuito integrado tinha sido inventado nos anos 50. Anos mais tarde, no início da década de 80, observou-se também que a densidade de dados dobrava a cada 18 meses, o que ficou conhecido como Lei de Moore. 24 Arquitetura Moderna Arquitetura Moderna Memória RAM • Memória Principal – A memória principal é do tipo RAM (Random access Memory), construída com materiais semicondutores onde os dados são armazenados de forma binária através de circuitos lógicos bi-estáveis, que podem representar os estados LIGADO ou DESLIGADO (ZERO ou UM). 26 Arquitetura Moderna • CPU – A CPU é o processador da máquina, e contém uma unidade de controle, uma unidade aritmética, registradores, e memórias auxiliares para armazenar temporariamente os dados lidos/escritos na memória RAM (memória cache). 27 Arquitetura Moderna BIOS • BIOS (Binary I/O System) – Memória do tipo ROM (Read Only Memory) ou PROM (memória ROM alterável) onde são armazenados um comjunto de instruções que inicializam a máquina e que permitem que o usuário instale um sistema operacional. 28 Arquitetura Moderna Memória Auxiliar Memória auxiliar - Hard Disk (HD), meio magnético de armazenamento de dados. 29 Arquitetura Moderna Entrada e Saída • Dispositivos de entrada e saída – Os principais dispositivos de entrada e saída são o teclado, o mouse e o monitor de vídeo. 30 Arquitetura Moderna FIM
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