Fundamentos de ADS - Aula 2

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Fundamentos de Análise e 
Desenvolvimento de Sistemas 
 
Prof. Msc. Carlos Queiroz 
Carlosqueiroz.fate@gmail.com 
Semestre 2013.2 
 
 
0-2 
Agenda 
¤  Arquitetura de Computadores 
¤  Linguagem de Máquina 
¤  Execução de Programas 
¤  Instruções aritméticas 
0-3 
Arquitetura de Computadores 
¤  Unidade Central de Processamento (CPU) 
¤  É o conjunto de circuitos de computador que controla a 
manipulação de dados 
¤  Em razão da sua evolução, hoje são conhecidos também por 
microprocessadores 
¤  Consiste em três partes 
¤  Unidade Lógica e Aritmética 
¤  Unidade de Controle 
¤  Unidade de Registro 
 
0-4 
Arquitetura de Computadores 
¤  Unidade Lógica e Aritmética 
¤  Contém circuitos que realizam operações sobre os dados 
 
¤  Unidade de Controle 
¤  Contém circuitos para a coordenação das atividades da 
máquina 
¤  Unidade de Registro 
¤  Contém células de armazenamento de dados 
¤  Essas células são chamadas Registradores e servem 
como locais temporários de armazenamento de dados que 
são manipulados pela CPU 
¤  Registradores 
¤  Propósito geral 
¤  Propósito específico 
 
0-5 
Arquitetura de Computadores 
¤  Barramento 
¤  Ligação entre a CPU de uma máquina e sua memória 
principal, para fins de transferência de padrões de bits, 
através de um conjunto de fios 
 
 
0-6 
Figura 2.1 CPU e memória principal 
Forma geral de operação em dados 
1.  Unidade de controle 
transfere dados da memória 
principal para os 
registradores 
2.  Unidade de controle 
informa a unidade lógica e 
aritmética (ULA) sobre quais 
registradores mantém os 
dados 
3.  Ativa os circuitos 
apropriados da ULA e 
informa quais os 
registradores que devem 
receber o resultado 
0-7 
Conceito de Programa Armazenado 
0-8 
¤  Nos primeiros computadores, os passos que cada dispositivo 
executava eram definidos dentro das suas unidades de 
controle, como uma parte da máquina 
¤  O objetivo é que a CPU pudesse ser reconfigurada 
¤  Ex.: Cartões perfurados 
¤  A ideia é que um programa assim como seus dados, pudesse 
ser codificado e armazenado na memória principal 
¤  A CPU pode extrair as instruções e executá-las 
¤  O programa a ser executado pode ser alterado mais facilmente 
¤  Não é mais necessário alterações na CPU para modificações no 
seu programa 
0-9 
Linguagem de Máquina 
¤  A partir do conceito de programa armazenado, as CPUs são 
projetadas para reconhecer instruções codificadas como 
padrões de bits 
¤  Linguagem de Máquina 
¤  Conjunto de instruções, em conjunto com o sistema de 
codificação, reconhecidas por uma máquina 
¤  Instrução de Máquina 
¤  Uma instrução (ou comando) codificado em um padrão de bits 
que é reconhecido por uma CPU 
0-10 
Filosofias de Projeto de Linguagens de 
Máquina 
¤  O número de instruções de uma máquina não necessariamente tem impacto direto as 
suas funcionalidades 
¤  Computador com conjunto reduzido de instruções (Reduced Instruction Set Computing - 
RISC) 
¤  Poucas instruções 
¤  Instruções mais simples 
¤  Eficiência 
¤  Instruções mais rápidas 
¤  Exemplos: PowerPC from Apple/IBM/Motorola 
 e ARM (Advanced RISC Machine) 
¤  Computador com conjunto completo de instruções (Complex Instruction Set Computing - 
CISC) 
¤  Quantidade de instruções maiores 
¤  Instruções mais convenientes 
¤  Instruções mais poderosas 
¤  Exemplo: Processadores Intel 
0-11 
Tipos de Instruções de máquina 
¤  Independente do tipo de processador (RISC ou CISC), as 
instruções de uma máquina podem ser classificadas em três 
grupos 
¤  Transferência de dados: instruções que requerem o movimento de 
dados de uma localidade para outra 
¤  Instruções de entrada e saída (E/S) 
¤  Lógica e Aritmética: instruções que dizem a unidade de controle 
para requisitar uma atividade dentro da unidade de lógica e 
aritmética 
¤  Usa padrões de bits para computar novos padrões 
¤  Controle: instruções que direcionam a execução do programa 
Exemplo: Somando valores 
armazenados na memória 
¤  Passo 1 – Obtenha da memória um dos calores a ser 
somando e coloque-o em um registrador 
¤  Passo 2 – Obtenha da memória o outro valor a ser 
somando e coloque-o em outro registrador 
¤  Passo 3 – Ative os circuitos de adição com os 
registradores usados nos passos 1 e 2 como entrada e 
outro registrador selecionado para armazenar o 
resultado 
¤  Passo 4 – Guarde o resultado na memória 
¤  Passo 5 - Pare 
0-12 
0-13 
Exemplo de arquitetura de máquina 
(Apêndice C) 
16 registradores 256 células 
8 bits 8 bits 
0-14 
Detalhes de uma instrução de máquina 
¤  Código de Operação (Op-code) 
¤  Especifica a operação a ser executada 
¤  Operando 
¤  Fornece mais detalhes sobre a operação 
¤  A interpretação do operando varia de acordo com o op-code 
0-15 
Detalhes de uma instrução de máquina 
0-16 
O Op-code 3 significa o 
armazenamento do 
conteúdo de registrador em 
uma célula de memória 
Esta parte do operando identifica o 
registrador no qual o conteúdo 
deve ser armazenado 
Esta parte do operando identifica o 
endereço da célula de memória 
que receberá os dados 
Instrução 
Exemplo: Decodificando a instrução 
35A7 
0-17 
Execução de Programas 
¤  Controlado por dois registradores de propósito específico 
¤  Contador de programa 
¤  Mantém o endereço da próxima instrução a ser executada 
¤  Registrador de instruções 
¤  Armazena a instrução corrente 
¤  Ciclo de máquina 
¤  Busca 
¤  Decodificação 
¤  Execução 
0-18 
Figura 2.8 O Ciclo de Máquina 
Obter 
Decodificar Executar 
1. Obtém a próxima 
instrução da memória 
(indicado pelo contador de 
programa) e então 
incrementa o contador de 
programa 2. Decodifica o padrão de 
bits no registrador de 
instruções 
3. Executa a ação 
requisitada pela 
instrução no 
registrador de 
instruções 
0-19 
Figura 2.10 Programa armazenado na 
memória principal pronto para execução 
0-20 
Figura 2.11 Passo “Obter” no ciclo de 
máquina 
0-21 
Figura 2.11 Passo “Obter” no ciclo de 
máquina (cont.) 
0-22 
¤ Controlador 
¤ Um aparato intermediário que cuida da 
comunicação entre a CPU e um dispositivo 
¤ Especializados para cada tipo de dispositivo 
¤ Traduz mensagens e dados em ambas as 
direções entre formatos compatíveis 
¤ Atualmente existem controladores de propósito 
geral (Ex.: USB) 
 
Comunicação com outros dispositivos 
0-23 
¤ Porta 
¤ Ponto no qual um dispositivo se conecta ao 
computador 
¤ E/S Mapeada em memória 
¤ A CPU se comunica com os periféricos como se 
eles fossem células de memória 
 
Comunicação com outros dispositivos 
0-24 
Figura 2.13 Controladores anexados ao 
barramento 
0-25 
Figura 2.14 Representação conceitual 
da E/S mapeada em memória 
0-26 
¤  Acesso direto à memória (Direct memory access – DMA) 
¤  Controladores acessam a memória principal através do 
barramento 
¤  Handshaking 
¤  O computador e os dispositivos periféricos trocam informações 
sobre o estado do dispositivo e coordenam suas atividades 
¤  Processo de coordenação da transferências de dados entre os 
componentes 
¤  Gargalo de Von Neumann 
¤  Competição no acesso ao barramento entre a CPU e os diversos 
controladores 
Comunicação com outros dispositivos 
(Cont.) 
0-27 
¤  Comunicação Paralela 
¤  Diversos sinais são transferidos ao mesmo tempo, cada um em 
uma “linha” separada 
¤  Comunicação Serial 
¤  Com base na transferência de sinais um após o outro sobre uma 
única linhaComunicação com outros dispositivos 
(Cont.) 
0-28 
Taxas de comunicação de dados 
¤  Unidades de medida 
¤  Bps: Bits per second 
¤  Kbps: Kilo-bps (1,000 bps) 
¤  Mbps: Mega-bps (1,000,000 bps) 
¤  Gbps: Giga-bps (1,000,000,000 bps)