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Organização de Computadores
Prof. Luiz di Marcello
Revisão AV2
Aulas 6 a 10
MODELO DE VON NEUMANN
CARACTERÍSTICAS
Dados e instruções armazenados em uma única memória utilizada tanto para leitura quanto para escrita
Os dados armazenados na memória podem ser acessados através de endereços
A execução de um programa ocorre sequencialmente, por ordem de endereços, exceto se for feita algum desvio explicito no programa
AULA 6
MEMÓRIA
PROCESSADOR
ENTRADA e SAÍDA
REM / MAR
RDM / MBR
CONTROLE
DADOS
Registrador de Dados da Memória
MODELO DE VON NEUMANN
AULA 6
3
MEMÓRIA
PROCESSADOR
ENTRADA e SAÍDA
REM / MAR
RDM / MBR
CONTROLE
ENDEREÇO
Registrador de Endereços da Memória
MODELO DE VON NEUMANN
AULA 6
4
MEMÓRIA
PROCESSADOR
ENTRADA e SAÍDA
REM / MAR
RDM / MBR
CONTROLE
OPERAÇÃO
(READ/WRITE)
Unidade de Controle
MODELO DE VON NEUMANN
AULA 6
5
Tamanho da célula  Determina RDM
Célula de 32 bits  RDM com 32 bits
Tamanho da memória em células  Determina REM
Memória com 256 células  REM com 8 bits
MODELO DE VON NEUMANN
AULA 6
MEMÓRIA
Unidade de Controle
Unidade Aritmética e Lógica
ENTRADA e SAÍDA
REGISTRADORES
UCP
Unidade
Central de
Processamento
MODELO DE VON NEUMANN
AULA 6
7
PROCESSADOR (UCP)
 Execução de operações lógicas e aritméticas, efetuando transformações sobre os dados
 Gerenciamento do fluxo interno dos dados
 Células de memória (temporárias) dentro do processador
Unidade de Controle
Unidade Aritmética e Lógica
REGISTRADORES
AULA 6
MODELO DE VON NEUMANN
LIMITAÇÕES (ORIGINAIS)
Grande quantidade de acessos a memória
Velocidade dos novos dispositivos
Execução em paralelo
AULA 6
O QUE SÃO E PARA QUE SERVEM?
São as ordens que o computador entende
Cada família de processadores tem o seu próprio conjunto de instruções  instruction set
Quem usa essas instruções? O programador Assembly, os compiladores
Ninguém programa utilizando as instruções do processador! Programas são desenvolvidos em linguagens de alto nível!
Instruções podem ter formatos diferentes, dependendo do número de operandos
INSTRUÇÕES
AULA 7
Instruções Aritméticas e Lógicas
Instruções de Movimentação de Dados
Instruções de Transferências de Controle
Transferem dados entre registradores ou entre registrador e memória principal (MOV)
Realizam operações aritméticas (ADD, SUB ...) e lógicas (AND, OR)
Executam o desvio do fluxo sequencial do código (JMP)
TIPOS DE INSTRUÇÕES
AULA 7
CÓDIGO DA OPERAÇÃO
OPERANDO(S)
Indica que operação será executada. A quantidade de bits desse código determina o número máximo de instruções
Indica o(s) dado(s) que será(ão) manipulado(s): números, caracteres, endereços
FORMATO DE UMA INSTRUÇÃO
AULA 7
IMEDIATO
DIRETO
INDIRETO
Utiliza um valor como operando e não um endereço na memória
ADD #A,R1
Indica o endereço de memória onde está o operando
Indica um ponteiro para o operando
ADD (A), R1
ADD (R1),R2	
MODOS DE ENDEREÇAMENTO
AULA 7
O endereço se refere a um registrador
ADD R,OP1
Obtido pela soma do operando com o conteúdo de um registrador base
ADD (A)R1, R2
REGISTRADOR
DESLOCAMENTO
MODOS DE ENDEREÇAMENTO
AULA 7
Buscar os operandos
Decodificar operação
Buscar uma instrução na memória
1
2
3
Reiniciar o ciclo
Guardar o resultado (se for o caso)
Executar a operação
4
5
6
Parada
Início
Busca da 
próxima 
instrução
Executa
instrução
Ciclo de busca
Ciclo de execução
PROCESSADOR E AS INSTRUÇÕES
AULA 8
CONTROLE
Busca, interpretação e controle de execução das instruções
 Unidade de controle 
 Registrador de instruções (IR)
 Decodificador de instruções 
 Contador de instruções (PC)
 Reg. End. Memória (REM)
 Reg. Dados Memória (RDM)
PROCESSAMENTO
Operações aritméticas, operações lógicas, movimento de dados, desvios e operações de entrada ou saída
 UAL (ALU) 
 Acumulador (ACC)
 Registradores de dados
 Registrador de estado (PSW)
FUNÇÕES DO PROCESSADOR
AULA 8
INTERRUPÇÕES
Dispositivo de controle ou
 outro sistema de hardware 
que permita ativar uma interrupção
Processador termina a execução da instrução corrente
Processador reconhece sinal de interrupção
Processador coloca PSW e PC na pilha de controle
Processador carrega novo valor do PC, baseado na interrupção
Salva informações remanescentes sobre o estado do processo
Processa a interrupção
Restaura a informação do estado do processo
Restaura o velho PSW e PC
AULA 8
Imagine uma linha de montagem de veículos:
Montar chassis CARRO1			1h
Colocar motor e pneus CARRO1		1h
Prender carroceria CARRO1		1h
Realizar acabamento CARRO1		1h
A cada 4h sai um carro pronto
Mas se...
	Montar chassis CARRO 4			1h
	Colocar motor e pneus CARRO3		1h
	Prender carroceria CARRO2			1h
	Realizar acabamento CARRO1		1h
	A cada 1h sai um carro pronto	
PIPELINE
AULA 8
PIPELINE
AULA 8
VELOCIDADE
CUSTO
CAPACIDADE DE
ARMAZENAMENTO
HIERARQUIA DAS MEMÓRIAS
AULA 9
COMPONENTES DA MEMÓRIA PRINCIPAL
BARRAMENTO DE DADOS: Interliga o RDM à memória principal para a transferência de informações. É bidirecional
REGISTRADOR DE DADOS DA MEMÓRIA (RDM): Registrador que armazena temporariamente as informações que está sendo transferida de/para a memória
BARRAMENTO DE ENDEREÇOS: Interliga o REM à memória principal. É unidirecional
AULA 9
COMPONENTES DA MEMÓRIA PRINCIPAL
REGISTRADOR DE ENDEREÇOS DA MEMÓRIA: Registrador que armazena temporariamente o endereço de acesso
BARRAMENTO DE CONTROLE: Interliga a unidade de controle do processador à memória principal para envio de sinais durante as operações de leitura escrita
CONTROLADOR DE MEMÓRIA: Responsável por gerar os sinais necessários para controle do processo de leitura e escrita, além de interligar a memória aos demais componentes do sistema
AULA 9
1- REM  endereço em outro registrador
2- O endereço é colocado no barramento de endereço
3- Sinal de leitura no barramento de controle
4- Decodificação de endereço e localização da célula
5- RDM  MP pelo barramento de dados
6- Outro registrador  RDM
OPERAÇÃO DE LEITURA NA MP
AULA 9
1- REM  endereço em outro registrador
2- O endereço é colocado no barramento de endereço
3- RDM  Outro registrador
4- Sinal de escrita no barramento de controle
5- Decodificação de endereço e localização da célula
6- MP (REM)  RDM
OPERAÇÃO DE ESCRITA NA MP
AULA 9
O acesso a cache é transparente para a aplicação e para o sistema operacional, uma vez que todo o gerenciamento da memória cache é feito por hardware
O processador inicia a operação de leitura para o endereço desejado da Memória Principal
O sistema de controle da cache intercepta o endereço e conclui se o dado solicitado está ou não armazenado na cache. Um acerto é denominado cache hit e a falha é denominada cache miss
Se ocorrer um cache miss o controlador da memória principal é acionado para localizar o dado na memória, transferindo-o para a cache. Um novo acesso é feito a memória cache
MEMÓRIA CACHE
AULA 9
1. Diferença de velocidade entre processador e memória principal
2. Princípio da localidade
TEMPORAL
Se um item é referenciado, tende a ser referenciado novamente.
Exemplo: loops (instruções e dados)
	
ESPACIAL
Se um item é referenciado, itens cujos endereços são próximos tendem a ser referenciados em seguida.
Exemplo: acesso a dados de um array
O PORQUÊ1 DA CACHE E COMO FUNCIONA2
AULA 9
Um sistema de E/S deve ser capaz de receber e enviar informações ao meio externo e converter as informações de forma que ser tornem legíveis para o computador ou para o usuário
CARACTERÍSTICAS DOS DISPOSITIVOS
Taxa de transmissão
Aplicação
Complexidade do controle
Unidade de transferência
Representação de dados
Condições de erro
Tornam os dispositivos diferentes, pois combinadas especificam um determinado dispositivo ou grupo
CONCEITOS DE Entrada/Saída
AULA 10
PERIFÉRICO: dispositivo conectado a um computador de forma a permitir a comunicação com o mundoexterno
INTERFACE: componente que conecta o periférico aos barramentos do computador 
CONTROLADOR: implementa as operações (leitura, escrita, transferência, etc.)
BARRAMENTO: conjunto de fios que transportam os sinais
PORTA DE E/S: endereço no sistema de E/S
COMPONENTES DO SISTEMA DE E/S
AULA 10
Utiliza um conjunto de registradores internos ao controlador que recebem ordens do processador e fornecem o status de uma operação
Os registradores são associados a endereços e podem ser implementados de duas formas:
EM ESPAÇO DE MEMÓRIA
Na fase de projeto do computador é definida uma zona do endereçamento de memória que será utilizada para dispositivos de E/S
Exemplo: Processadores da família Motorola
TIPOS DE ENDEREÇAMENTO DE E/S
AULA 10
Os registradores são associados a endereços e podem ser implementados de duas formas:
EM ESPAÇO DE E/S
Instruções especiais para manipulação de dispositivos
No projeto do processador são definidos dois espaços distintos de endereçamento:
Espaço de memória: acessado via instruções de acesso à memória (MOV) 
Espaço de E/S: acessado via instruções de acesso específicas (IN, OUT)
Exemplo: Processadores da família Intel e da AMD
TIPOS DE ENDEREÇAMENTO DE E/S
AULA 10
SERIAL
O periférico é conectado ao controlador por apenas uma linha de comunicação de dados
Exemplos de barramento com transmissão serial:
USB: Univeral Serial Bus
PCI Express (substituto do AGP)
Firewire (IEEE 1394)
SATA: Serial Advanced Technology Attachment
TIPOS DE TRANSMISSÃO
AULA 10
PARALELA
Um grupo de bits é transferido simultaneamente através de um conjunto de linhas de comunicação
Exemplos de barramento com transmissão paralela:
MCA (IBM): Micro Channel Architecture
ISA/EISA: Industry Standard Adapter
PCI: Peripheral Component Interconnect
AGP: Accelerated Graphics Port
TIPOS DE TRANSMISSÃO
AULA 10
Seek (Tseek) :
Tempo gasto para posicionar o cabeçote em uma trilha
Atraso rotacional (Tatraso) : Tempo gasto para posicionar um setor (latência)
Transferência (Ttransf) : 
Tempo gasto para a transferência de dados
T = Tseek + Tatraso + Ttransf
ARMAZENAMENTO EM DISCO
AULA 10
BASEADO NA FILA DE REQUISIÇÃO
FiFo (First in First out)
 Mais simples
 Atendimento na ordem dos pedidos	
Prioridade 
 Fora do controle do gerenciador
LiFo (Last in First out)
 Diminui o movimento da cabeça de leitura em arquivos sequenciais
ESTRATÉGIAS DE ESCALONAMENTO
DE DISCO
AULA 10
BASEADO NA LOCALIZAÇÃO
SSTF (shortest service time first)
Fila é reordenada para atender as requisições de forma a minimizar o movimento da cabeça
Possibilidade de starvation 
Scan (elevador)
Variação do SSTF porém estipula uma direção preferencial
O sentido se inverte ao final da varredura
C-Scan 
Semelhante ao Scan porém com um sentido único
ESTRATÉGIAS DE ESCALONAMENTO
DE DISCO
AULA 10
Organização de Computadores
Prof. Luiz di Marcello
Exercícios
1) 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. Analise as três sentenças a seguir sobre esses componentes e, em seguida, assinale a alternativa correta:
I. A CPU é formada por: hardware, software e sistema operacional
II. A comunicação entre CPU e memória utiliza dois registradores específicos: IR e PSW
III. Os barramentos podem ser de três tipos: endereçamento, controle e dados
( ) Somente a sentença III está correta
( ) Somente as sentenças I e III estão corretas
( ) Somente a sentença I está correta
( ) Somente as sentenças II e III estão corretas
( ) Todas as sentenças estão corretas
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2) No conjunto de instruções de um processador podemos citar três tipos de endereçamento: IMEDIATO, DIRETO e INDIRETO. Correlacione esses três tipos de endereçamento (na sequência  IMEDIATO, DIRETO e INDIRETO) com o seu significado encontrado nas sentenças abaixo:
indica o endereço de memória onde está o operando
indica um ponteiro para o operando
III. utiliza um valor como operando e não um endereço da memória
( ) I, II e III
( ) II, I e III
( ) III, I e II
( ) I, III e II
( ) II, III e I
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3) Num computador o processador (CPU) tem a importante função de processamento das instruções. Analise as três sentenças sobre as funções realizadas pelo processador e, em seguida, assinale a alternativa correta:
I. As funções realizadas pelo processador podem ser divididas em dois grupos: controle e processamento
II. As funções de controle são responsáveis pela busca, interpretação e controle de execução das instruções
III. Podemos citar como componentes do grupo de processamento: ACC, PSW e registradores de dados
( ) Todas as sentenças estão corretas
( ) Somente a sentença III está correta
( ) Somente as sentenças I e III estão corretas
( ) Somente a sentença I está correta
( ) Somente as sentenças II e III estão corretas
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4) Analise as sentenças sobre memória dos computadores e, em seguida, assinale a alternativa correta:
I. A CPU comunica-se com a memória através de um barramento e utiliza os registradores RDM e REM para o envio e recebimento das informações
II. Memória secundária é a memória básica de um sistema de computação, onde ficam armazenados os programas em execução e os dados em uso
III. Memória cache é a memória não volátil para armazenamento de dados e programas
( ) Somente as sentença I e III estão corretas
( ) Todas as sentenças são corretas
( ) Somente as sentenças II e III estão corretas
( ) Somente a sentença I está correta
( ) Nenhuma das alternativas apresentadas está correta
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5) No sistema de entrada e saída de um computador temos alguns componentes que se destacam. Correlacione os componentes abaixo com a sua função:
PERIFÉRICO - INTERFACE - CONTROLADOR - BARRAMENTO - PORTA DE E/S
I. Dispositivo conectado a um computador de forma a permitir a comunicação com o mundo externo
II. Componente que conecta o periférico aos barramentos do computador
III. Implementa as operações tipo leitura e escrita
IV. Conjunto de fios que transportam os sinais
V. Endereço do sistema de E/S
( ) I - II - IV - III - V
( ) I - III - II - IV - V
( ) I - III - II - V - IV
( ) I - II - III - IV - V 
( ) I - IV - III - II - V
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�
cabeçotes para leitura / gravação
 gravação
face inferior
face superior
cilindro
braço dos cabeçotes