Aula 02 Arquitetura de computadores

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Fundamentos da 
Computação
 Prof. Inaldo Capistrano Costa
 BICT / UFMA
Baseado nas aulas do Prof. Dr. Alex Oliveira Barradas Filho
Arquitetura de 
computadores
Conceitos
 Organização do computador:
 Refere-se às unidades operacionais e suas interconexões 
necessárias para implementar as especificações de uma 
arquitetura.
 Exemplos: 
 Unidade central de processamento;
 Unidade de memória;
 Barramentos;
 Entre outros.
Conceitos
 Funções básicas de um computador:
 Processamento;
 Armazenamento; 
 Transferência de dados;
 Controle.
Conceitos
 Funções básicas de um computador:
Conceitos
 Tipos de operações:
 (a): Transferência de dados de um periférico para outro.
Conceitos
 Tipos de operações:
 (b): Armazenamento de dados.
Conceitos
 Tipos de operações:
 (c): Processamento e armazenamento.
Conceitos
 Tipos de operações:
 (d): Processamento do armazenamento para E/S.
Por onde começar?
Arquitetura
 Máquina de Von Neumann:
 IAS (1952);
 A maioria das máquinas atuais utilizam esse projeto;
 Conceito de programa armazenado;
 Influência de Alan Turing.
 Execução sequencial de instruções;
 Paradigma Imperativo.
 Máquina binária. 
Arquitetura de Von Neumann 
Estrutura do computador IAS
Arquitetura de Von Neumann 
 Unidade lógica e aritmética (ULA):
 Capaz de operar com dados binários;
 Execução das instruções (operações lógicas e aritméticas).
 Unidade de controle (UC):
 Interpreta as instruções (memória) e faz com que seja 
executada;
 Determina a sequência das instruções a serem executadas.
Arquitetura de Von Neumann 
 Memória principal:
 Armazena os dados e instruções.
 Entrada / Saída (E/S):
 Comunicação externa;
 Interatividade com o usuário.
Arquitetura de Von Neumann 
 Considerações importantes:
 Nota 1: Deverá executar operações aritméticas com mais 
frequência. É razoável conter uma unidade específica 
(ULA) para essas operações.
 Nota 2: O controle lógico, a sequência correta das suas 
operações, pode ser realizada mais eficientemente por uma 
unidade de controle central. 
Arquitetura de Von Neumann 
 Considerações importantes:
 Nota 3: Qualquer dispositivo que é a realização de 
sequências longas e complexas de operações deve conter 
uma memória.
 Nota 4: O dispositivo deve conter unidades de 
transferências de dados (Entrada/Saída). 
- Nota: As três partes específicas ULA, UC e memória são análogos aos 
neurônios do sistema nervoso humano. 
- Nota: As três partes específicas ULA, UC e memória são análogos aos 
neurônios do sistema nervoso humano. 
Memória
Memória - Von Neumann 
 Características:
 Unidade com mil posições de memória, denominadas de 
palavras, cada uma constituída por 40 bits;
 Uma palavra pode conter duas instruções de 20 bits;
 Armazena tanto dados como instruções;
 Os números são representados por 39 bits. 
Alguns cientistas da 
computação (em 
especial, os 
britânicos) usam o 
termo armazenagem. 
Memória - Von Neumann 
Código de operações
Hierarquia de memórias
Memória
 Registradores:
 Função:
 Armazenar dados destinados a serem, em algum momento, 
utilizados pelo processador.
 Necessidade:
 Do processador de armazenar temporariamente dados 
intermediários durante um processamento.
 Exemplo:
 Quando um dado resultado de operação precisa ser armazenado até 
que o resultado de uma busca da memória esteja disponível para 
juntos realizar uma nova operação.
Memória
 Cache:
 Função:
 Acelerar a velocidade de transferência das informações entre 
processador e memória principal.
 Necessidade:
 Diminuir o atraso gerado pela transferência de dados entre a 
memória e o processador.
A memória cache é 
um tipo de memória 
construída com 
tecnologias 
semelhantes às dos 
processadores. 
Memória
 Memória principal:
 Indispensável para o funcionamento do computador 
moderno.
 Tipos de memória principal:
 RAM – Random Access Memory;
 ROM – Read Only Memory.
Memória
 RAM:
 Memória do tipo volátil;
 O conteúdo fica armazenado enquanto o computador 
estiver ligado (energizado);
 Exemplo de padrões disponíveis:
 DDR (Double Data Rate):
 Duplicam o desempenho da memória, possibilitando a transferência 
de dois lotes de dados – por ciclo de clock.
 DDR-2: 
 Transferência de quatro lotes de dados por ciclo de clock e menor 
consumo de energia que a DDR original.
 DDR-3:
 Transferência de oito lotes de dados por ciclo de clock e menor 
consumo de energia que a anterior.
Memória
 ROM:
 A memória não é do tipo volátil;
 Podem ser classificadas em:
 PROM (Programmable Read-Only Memory):
 A gravação é realizada por meio de aparelhos que trabalham através 
de uma reação física cm elementos elétricos. Uma vez que isso 
ocorre, os dados não podem ser apagados.
 EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory): 
 Permite que dados sejam regravados no dispositivos. Isto é feito com 
o auxílio de um componente que emite luz ultravioleta.
Memória
 ROM:
 Podem ser classificadas em (continuação):
 EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only 
Memory):
 Permite a gravação de dados; no entanto, o processo para apagar e 
gravar dados são feitos eletricamente.
 Não é necessário mover o dispositivo de seu lugar para um aparelho 
especial como no caso da EPROM.
 EAROM (Electrically-Alterable Programmable Read-Only 
Memory): 
 Os dados gravados podem ser alterados aos poucos.
Memória
 Memória secundária:
 Memória de massa;
 Grande capacidade de armazenamento;
 Não é volátil;
 Menor custo por byte armazenado;
 Não possui acesso direto pelo processador;
 Exemplos:
 Discos rígidos;
 CD/DVD;
 Pen-drive;
 Entre outros.
Características básicas dos tipos de 
memória
Memória
 Conceitos importantes para pesquisar:
 Endereços de memória;
 Ordenação de bytes;
 Códigos de correção de erro.
Unidade central de 
processamento
Unidade central de processamento
 Instruções:
 Comandos fornecidos ao computador para executar uma 
tarefa específica (soma, teste e entre outras);
 Umas séria dessas instruções constituem um programa;
 As instruções e os dados devem residir na memória 
principal, e dispostas sequencialmente.
Unidade central de processamento
 As unidades UC e ULA contém localizações de 
armazenamento denominados de registrador:
 Memory buffer register (MBR);
 Memory address register (MAR);
 Instruction register (IR);
 Instruction buffer register (IBR);
 Program conter (PC);
 Accumulator (AC) and multiplier quotient (MQ).
Registrador de 
propósito geral
Usado para armazenar 
resultados 
intermediários. 
Unidade central de processamento
Registrador MBR
Contém o dado a ser lido 
ou escrito na memória 
ou nos dispositivos de 
E/S.
Registrador MAR
Contém o endereço da 
posição da memória a 
ser escrita ou lida dentro 
do MBR.
Unidade central de processamento
Registrador IR
Contém o código da 
instrução (opcode) em 8 
bits da operação a ser 
executada. 
Registrador IBR
Empregado para armazenar 
temporariamente a instrução 
da direita de um dado na 
memória.
Unidade central de processamento
Registrador AC e MQ
Empregado para armazenar 
temporariamente operandos 
e resultados das operações 
da ULA. Exemplo: o 
resultado de multiplicar 
dois números de 40 bits é 
um número de 80 bits. Os 
40 bits mais significantes 
são armazenados em AC e 
os menos significantes em 
MQ.
Registrador PC
Contém o endereço do 
próximo par de instruções 
a ser buscado na memória.
Ciclo de execução
Busca Decodificação ExecuçãoUnidade central de processamento
 Ciclo de execução:
 Busca:
 A instrução é lida na memória.
 Decodificação:
 Determina-se a instrução a ser executada.
 Execução:
 Para cada tipo de instrução é realizada sua execução (conforme 
necessário).
Ciclo de execução: é o período de tempo no qual um computador lê e processa 
uma instrução em linguagem de máquina da sua memória. 
Ciclo de execução: é o período de tempo no qual um computador lê e processa 
uma instrução em linguagem de máquina da sua memória. 
Unidade central de processamento
 Gargalo de von Neumann:
 Tráfego intenso no barramento do sistema:
 Principal rota da informação (CPU e memória);
 Constante fluxo de dados e instruções;
 CPU em espera (desperdício de tempo).
Unidade central de processamento
 Conceitos importantes para pesquisar: 
 Pipelining (paralelismo);
 RISC (Reduced Instruction Set Computer);
 CISC (Complex Instruction Set Computer).
Entrada / Saída
Entrada / Saída
 Dispositivos de E/S:
 Elementos que permitem a interface do usuário com o 
computador;
 Funções:
 Receber ou enviar informações ao meio exterior;
 Converter as informações em uma forma inteligível para a máquina 
(caso esteja recebendo) ou para o programador ou usuário (caso 
esteja enviando).
 Exemplos:
 Impressoras, monitores, teclados e entre outros.
Entrada / Saída
 Barramento:
 Caminho físico pelo qual os dados são transferidos entre os 
componentes dos sistemas de computação;
 Possuem três tipos principais:
 Barramento de dados:
 Transfere dados entre os componentes.
 Barramento de endereços:
 Transfere endereço entre os componentes.
 Barramento de controle:
 Transfere sinais de controle entre os componentes.
Entrada / Saída
 Barramento:
Obrigado!
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	Slide 2
	Revisão
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	Slide 10
	Revisão
	Arquitetura de Von Neumann
	Arquitetura de Von Neumann
	Arquitetura de Von Neumann
	Arquitetura de Von Neumann
	Arquitetura de Von Neumann
	Slide 17
	Memória - Von Neumann
	Memória - Von Neumann
	Hierarquia de memórias
	Memória
	Memória
	Memória
	Memória
	Memória
	Memória
	Memória
	Características básicas dos tipos de memória
	Memória
	Slide 30
	Unidade central de processamento
	Unidade central de processamento
	Unidade central de processamento
	Unidade central de processamento
	Unidade central de processamento
	Ciclo de execução
	Unidade central de processamento
	Unidade central de processamento
	Unidade central de processamento
	Slide 40
	Entrada / Saída
	Entrada / Saída
	Entrada / Saída
	Obrigado!