Arquitetura e Organização de Computadores - Professor Marcos Forte Sales - 2014_02

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Arquitetura e Organização de 
Computadores
Conceitos Básicos
Professor Marcos Forte Sales
marcosfsales@gmail.com
1
Objetivo
• Compreender a lacuna existente entre 
o ser humano e o computador.
• Assimilar o que são compiladores, 
interpretadores, as suas vantagens e 
desvantagens.
• Compreender o funcionamento da 
arquitetura multiníveis.
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Roteiro de Estudos
• Introdução
• Marcos da Arquitetura de Computadores
– Geração Zero; Primeira Geração; Segunda 
Geração; Terceira Geração; Quarta Geração; 
Quinta Geração e Situação Atual
• Modelo Hipotético de um Computador
– Componentes do computador
• Processador; Barramentos
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Hardware
Computador
Máquina capaz de 
dadas.
Máquina capaz de 
resolver problemas 
através da execução de 
instruções que lhe são 
dadas.
0101011
Programa: Conjunto de 
Instruções.
Instrução: Ordens 
extremamente simples, 
que um computador pode 
entender e executar.
Exemplo de Instruções
- Somar dois números
- Verificar se um número 
é igual a zero
- Copiar dados de uma 
parte da memória 
para outra
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Problema
• Existe uma grande lacuna entre o que é conveniente para uma 
pessoa e o que é conveniente para um computador...
• Pessoas: Linguagem Natural – Ações Complexas.
• Computador: Linguagem Matemática – Ações Simples.
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Solução I - Compilador
Código 
Fonte
Compilador Programa 
Executável Hardware
L1 L0
� L1 – Linguagem de programação, mais próxima da 
linguagem natural e assim mais fácil das pessoas 
compreenderem e utilizarem.
� L0 – Linguagem de Máquina composta de códigos 
binários, são literalmente instruções que o hardware 
compreende.
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Solução I - Interpretador
Código 
Fonte
Gerador Código 
Objeto Hardware
L1
L0
� Gerador: Transforma o código fonte em um código 
objeto, verificando a sintaxe e a semântica da 
linguagem e indexando variáveis.
� Máquina Virtual: Software que pega um a um os 
comandos do código objeto e o transforma em 
instruções para o hardware.
Máquina 
Virtual
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Compiladores Vs. Interpretadores
Compilador Interpretador
� Vantagens
� Programa executável é mais 
rápido.
� Torna mais difícil visualizar o 
código fonte original.
� Permite a otimização do código 
(compilador)
� Desvantagens
� O processo de compilação pode 
ser demorado.
� O programa executável está 
limitado a um determinado 
hardware e sistema operacional.
� Programa executável é muito 
grande.
� Vantagens
� Código objeto extremamente 
pequeno.
� Grande portabilidade 
(capacidade de executar o 
código em diferentes hardware 
e softwares).
� Desvantagens
� Execução mais lenta.
� Acesso ao código fonte 
relativamente fácil.
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Arquitetura em Camadas ou Níveis
� Técnica de organização de 
um computador onde cada 
camada se utiliza de 
ferramentas primitivas 
disponibilizadas por uma 
camada inferior para 
implementar ferramentas 
mais poderosas que por 
sua vez são utilizadas por 
uma camada superior.
� As camadas inferiores são 
mais simples e rápidas, 
enquanto que as 
superiores são cada vez 
mais complexas e lentas.
n + 1
n
n - 1
...
...
9
Máquinas Multiníveis
Linguagem Orientado a Prob.
Linguagem de Montagem
Sistema Operacional
Arq. Conjunto de Instruções
Microarquitetura
Lógica Digital
Tradução (compilador)
Tradução (assembler)
Interpretação parcial
Microprograma
Hardware
P
ro
g
ra
m
ad
o
r 
d
e 
A
p
lic
aç
ão
P
ro
g
ra
m
ad
o
r 
d
e 
S
is
te
m
as
Portas lógicas constituídas por 
transistores (AND, OR, NOT)
Registradores, ALU e caminho de 
dados.
Conjunto de instruções que 
podem ser interpretadas pela 
microarquitetura.
Comandos do sistema 
operacional.
Linguagem Assembler
Linguagens de alto nível (C, C++, Java, 
Pascal, etc.) que visam a solução de 
um problema específico
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Resumo:
� Os computadores são projetados com uma série de 
níveisníveisníveisníveis, cada um construído sobre o seu antecessor.
� Cada nível possui diferentes objetos e operações e 
possui um determinado nível de abstração.
� Isso reduz a complexidade do estudo e torna o 
computador algo mais fácil de entender.
� O conjunto de tipos de dados, operações e 
características de cada nível é denominado 
arquiteturaarquiteturaarquiteturaarquitetura.
� Arquitetura de computadores Arquitetura de computadores Arquitetura de computadores Arquitetura de computadores é o estudo de como 
projetar as partes de um computador que sejam 
visíveis a um determinado programador.
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MARCOS DA ARQUITETURA DE 
COMPUTADORES
Como ocorreu a evolução do hardware
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Objetivo
• Identificar as diferentes gerações do 
hardware.
• Compreender como chegamos ao atual 
estágio de avanço tecnológico.
• Compreender as consequências do 
avanço vertiginoso da tecnologia para 
o desenvolvedor de sofware.
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MARCOS DA ARQUITETURA DE 
COMPUTADORES – GERAÇÃO ZERO
1642 - 1945
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Blaise Pascal (19/06/1623 a 
19/08/1662)
Matemático, teólogo e filósofo
• Filho de um coletor de impostos francês.
Invenção da Máquina de Somar – A 
Pascalina
• 1642 (aos 18 anos de idade);
• Capaz de efetuar adições e subtrações;
• Inteiramente mecânica;
• A máquina é baseada em 2 conjuntos de 
discos: um para a introdução dos dados e outro 
que armazenava os resultados. 
• Os discos são interligados por meios de 
engrenagens. 
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A Pascalina
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A Pascalina - Detalhes
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Joseph Marie Jacquard (1752-
1834) 
Mecânico Francês
Tear Programável
• Tear mecânico controlado por 
grandes cartões perfurados. 
• Era capaz de produzir tecidos 
com padrões bonitos e 
intrincados. 
• Sete anos após a sua 
invenção, já havia 11 mil 
teares desse tipo operando na 
França.
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Tear Programável
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Tear Programável - Detalhe
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Tear Programável - Padrões
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Charles Babbage (1792 – 1871)
Matemático Inglês
• Professor da escola de Cambridge
• Inventor do Velocímetro
Máquina Diferencial
• Dispositivo Mecânico
• Capaz de somar e subtrair
• Projetado para calcular tabelas de 
números úteis a navegação
• Projetado para implementar um 
único algoritmo: o método de 
diferenças finitas através de 
polinômios;
• Método de Saída: perfurava o 
resultado em uma chapa de cobre, 
através de um punção.
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Máquina Diferencial
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Máquina Analítica
Componentes
• Armazenagem (memória)
• Moinho (unidade de cálculo)
• Seção de Entrada (leitora de cartões 
perfurados)
• Seção de Saída (saída perfurada e 
impressa)
Proposta Inicial
• 1000 palavras de 50 algarismos 
decimais;
• Soma, subtração, multiplicação e 
divisão;
• Auto alimentação;
• Uso geral: lia instruções (cartões 
perfurados) e as executava.
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Máquina Analítica
Custo
• Babbage gastou 17 mil libras 
do governo;
• Fundos consideráveis da 
fortuna da sua família.
• 10 anos de trabalho.
• O projeto jamais foi finalizado
Motivo
• Necessidade de milhares de 
engrenagens com um grau de 
precisão impossível de se 
obter na sua época.
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Augusta Ada Byron (1815 – 1852)
Matemática Britânica
• Filha do poeta Inglês Lorde Byron;
• Aluna de Augustus de Morgan 
(criador do método de indução 
matemática)
Correspondente e 
Colaboradora de Babbage
• Responsável pelas primeira 
seqüência de instruções, a serem 
executadas pela máquina analítica
• Considerada a 1º Programadora 
da História
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Howard H. Aiken (1900 – 1973)
Professor e pesquisador
• Após o término do seu doutorado, estava surpreso com o 
número de operações matemáticas tediosas necessárias 
para comprovar o seu trabalho e sentiu a necessidade de 
uma máquina que facilitasse cálculos.
• Foi aí que ele encontrou os projetos de Charles Babbage.
Mark I
• Construiu com relês o que Babbage não consegui com 
engrenagens.
• 1944
• 72 palavras de 23 algarismos
• Tempo de instrução de 6 segundos
• Entrada e saída através de cartões perfurados
Mark II
• Ao terminar o projeto os relês já estavam obsoletos.
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MARCOS DA ARQUITETURA DE 
COMPUTADORES – PRIMEIRA GERAÇÃO
1945 - 1955
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Segunda Guerra Mundial
� De 1939 a 1944 os submarinos 
alemães foram o terror dos navios de 
suprimentos aliados.
� As comunicações via rádio eram 
interceptadas, porém estava 
codificadas com o uso de um 
equipamento denominado ENIGMA.
� Uma máquina ENIGMA foi capturada 
na polônia mas haviam problemas para 
decifrar o código:
� Grande número de calculos;
� Para ser útil a decodificação deveria 
ocorrer rapidamente;
� A máquina possuía diferentes 
configurações que produziam códigos 
diferentes
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O COLOSSUS
� Para decodificar essas 
mensagens o governo Inglês 
construiu um laboratório 
secreto e recrutou o 
cientista e matemático Alan 
Turing.
� Turing auxiliou no projeto de 
um equipamento 
denominado COLOSSUS, que 
começou a funcionar em 
1943.
� Por ser um segredo de 
guerra o seu projeto foi 
guardado a sete chaves por 
30 anos.
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Enquanto Isso nos EUA...
� A marinha americana 
necessitava de tabelas de 
cálculo para facilitar a 
estimativa de trajetórias 
balísticas.
� John Mauchley e seu aluno 
de Pós Graduação J. Esper
Eckert propuseram ao 
governo uma máquina de 
calcular.
� O projeto foi aprovado em 
1943 e passou a se chamar 
ENIAC (Eletronic Numerical
Integrator and Compute –
Integrador e Computador 
Numérico Eletrônico)
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O ENIAC foi concluído em 1946 e 
possuía...
� 18.000 válvulas.
� 1.500 relés.
� 70 mil resistores. 
� Pesava 30 toneladas. 
� Media 2,5 metros de altura por 24 metros de comprimento.
� Consumia 140 Kwatts de energia elétrica (o mesmo consumo de 
uma cidade de 20.000 habitantes) 
� Capaz de realizar 5 mil operações por segundo. 
� Sua programação em linguagem de máquina levava alguns dias 
através de 6 mil conectores (não permitia cartões). Conectados por 
meio de cabos Junpers.
� Uma tarefa que uma pessoa levava 24 horas para executar o Eniac
realizava em 30 Segundos. 
� Primeira máquina utilizando os conceitos de Turing e Babbage, o 
projeto ENIAC tinha como consultor Von Neumann, que introduziu 
o “ programa armazenado”. 
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Válvula ou Diodo Termiônico.
� Ao ligarmos uma bateria e um 
miliamperímetro em série, sendo 
o polo positivo à placa (ânodo) e 
o polo negativo ao filamento 
(cátodo), este sendo aquecido a 
determinada temperatura e a 
partir de uma certa tensão 
elétrica aplicada ao sistema, 
começará fluir uma corrente 
elétrica constante entre cátodo e 
placa (ânodo).
� Não importa a oscilação da 
tensão, a intensidade de corrente 
será sempre a mesma.
� A este fenômeno se deu o nome 
de Efeito Édison.
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Continuidade do Projeto ENIAC
• EDSAC – Universidade da Cambridge
• JOHNIAC – Rand Corporation
• ILLIAC – Universidade de Illinois
• MANIAC – Los Alamos Laboratory
• WEIZAC – Weizzman Institute of Israel
• Eckert e Mauchley deram prosseguimento ás suas 
pesquisas projetando o EDVAC (Eletronic Discrete
Variable Automatic Compute).
• John Von Neumann foi para o Institute of Advanced
Studies de Princeton onde inicio o projeto do seu 
próprio computador, a máquina IAS.
41
John Von Neumann (1903 – 1957)
� Matemático húngaro de origem judaica, 
naturalizado americano em 1930.
� Desenvolveu importantes contribuições em:
� Teoria dos conjuntos
� Análise funcional
� Mecânica Quântica
� Ciência da Computação
� Economia
� Teoria dos Jogos
� Análise Numérica
� Hidrodinâmica das explosões
� Estatística 
� e muitas outras as áreas da Matemática. 
� Capaz de falar várias línguas;
� Possuía memória fotográfica;
� Participou do Projeto Manhattan;
� propôs uma arquitetura genérica para o 
computador
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Arquitetura de Von Neumann
� Constituído de Memória, Processador e Dispositivo de E/S.
� A memória podia armazenar 4.096 palavras, cada palavra composta 
de 40 bits binários.
� Cada palavra poderia armazenar duas instruções ou um dado. 
� Os números eram fornecidos e impressos em formato binários pois 
Von Neumann acreditava que qualquer matemático competente era 
capaz de transformar um número binário em decimal de cabeça.
43
Surge a IBM
� Fundada em 1896 com o nome de 
Tabulating Machine Company a 
partir de 1924 assumiu o nome de 
International Business Machine 
(IBM).
� Fabricava máquinas de perfuração 
de cartões e máquinas mecânicas 
de tabulação de cartões (Máquina 
Hollerith).
� 1953 - Produz o seu primeiro 
computador - IBM 701.
� 2.048 palavras de 36 bits.
� Duas instruções por palavra.
� 1956 – IBM 704
� 2.096 palavras de 36 bits.
� Hardware de ponto flutuante
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IBM 701 – Visão Geral
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IBM 704 – Unidade de 
Processamento
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IBM 704 – Painel de Controle
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MARCOS DA ARQUITETURA DE 
COMPUTADORES – SEGUNDA GERAÇÃO
1955 - 1965
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Transistores
� Inventado no Bell Labs em 1948 
por:
� John Bardeen
� Walter Brattain
� Willian Shockley
� Motivo
� Menor que a válvula
� Mais eficiente
� Mais barato
� Gasta menos energia
� Estrutura Cristalina (Silício)
� TX-0 (Transistorized eXperimental
computer) – Primeiro 
computador transistorizado
� Construído pelo MIT.
� Máquina de 16 bits.
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DEC – Digital Equipment 
Corporation� 1961 – PDP-1 
� Seu projeto passou quatro anos 
arquivado. Motivo: seus criadores 
acreditavam que não havia mercado 
para computadores.
� 4.096 palavras de 18 bits.
� 200.000 instruções por segundo.
� Computador mais rápido de sua época
� Equipado com um vídeo de 512 x 512 
pixels. 
� Custava US$ 120.000,00. O seu 
concorrente da IBM custava milhões de 
dólares
� PDP-8
� Palavras de 12 bits.
� Custava US$ 60.000,00
� Barramento único para comunicação de 
todos os componentes o que barateia 
em muito o seu hardware.
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A IBM
• IBM 7094
– Maior computador científico da década de 60.
– Tempo de ciclo de 2 microssegundos
– 32.536 palavras de 36 bits
• IBM 1401
– Péssimo para cálculos científicos
– Capaz de ler e escrever em cartões perfurados
– Capaz de ler e escrever em fitas magnéticas
– Custava uma pequena fração do que valia um 7094
– Perfeito para aplicações comerciais.
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IBM 7094
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IBM - 1401
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MARCOS DA ARQUITETURA DE 
COMPUTADORES – TERCEIRA GERAÇÃO
1965 - 1980
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Circuito Integrado
� Inventado em1958 por Robert 
Noyce.
� Circuito eletrônico miniaturizado 
(composto principalmente por 
dispositivos semicondutores), que 
é construído na superfície de um 
substrato fino de material 
semicondutor.
� Vantagens dos circuitos 
integrados (chip) sobre os 
circuitos discretos (transistores):
� Custo
� Desempenho
� Escala (inicialmente, dezenas de 
transistores podiam ser colocados 
dentro de um único chip)
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IBM - 360
Propriedade Modelo 30 Modelo 40 Modelo 50 Modelo 65
Desempenho relativo 1 1 3,5 10 21
Tempo de ciclo (embilionésimos de segundo)
1.000 625 500 250
Memória Máxima (Bytes) 65.536 262.144 262.144 524.288
Bytes buscados por ciclo 1 2 4 16
Número máximo de canais 
de dados
3 3 4 6
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IBM 360 - Inovações
• Primeiro computador 
capaz de emular um 
outro.
• Primeiro computador 
multiprogramado.
• Resolveu o Dilema 
“Decimal Vs Binário”
– 16 registradores de 32 
bits
– Memória orientada a 
bytes
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IBM 360 – Painel de Controle
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IBM 360 e Dispositivos de E/S
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MARCOS DA ARQUITETURA DE 
COMPUTADORES – QUARTA GERAÇÃO
1980 - ????
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VLSI – Very Large Scale Integrator
• Permite encapsular 
milhões de transístores 
em um único 
dispositivo, o “chip”.
• Computadores:
– Menores
– Mais baratos
– Mais poderosos
61
PC – Personal Computer
� 1976 – Steve Jobs e Steve Wozniak
produzem o Apple II de 8 bits . 
� Surge o microcomputador, composto 
de:
� CPU
� Vídeo
� Teclado
� Mouse
� 1981 – IBM lança no mercado o 
Primeiro Computador Pessoal 
IBM-PC (Personal Computer)
� Processador Intel 8080
� Seu projeto foi publicado em um livro 
(inclusive os diagramas de circuitos) 
de US$ 49,00
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Surge o Windows
� Sistema Operacional do 
IBM-PC
� PC-DOS (Disc Operating
System ou Sistema 
Operacional em Disco), 
fabricado pelo jovem Bill 
Gates.
� Cisma entre Gates e IBM
� MS-DOS � Microsoft
� DOS � IBM
� 1984: Primeiro sistema 
operacional GUI (Graphic
User Interface ou Interface 
gráfica do Usuário) 
Machintosh da Apple. 
63
Explosão de Tecnologias
• TCP-IP
• Redes de 
Computadores
• Software Multimídia
• Linux
• Redes Neurais
• Inteligência Artificial
• Bancos de Dados
• Sistemas Distribuídos
• Internet
• Computadores Portáteis 64
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MARCOS DA ARQUITETURA DE 
COMPUTADORES – QUINTA 
GERAÇÃO
???? -
65
Computadores Invisíveis
• A quinta geração será mais uma mudança de 
paradigma do que de arquitetura.
• No futuro os computadores estarão em toda 
parte e embutidos em tudo – invisíveis.
• Computação Ubíqua ou Computação 
Pervasiva
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SITUAÇÃO ATUAL
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Lei de Moore
� Gordom Moore
� “o número de transistores de 
um processador duplica a cada 
18 meses”
� Comparando a indústria da 
aviação com a de 
computadores:
� “se a tecnologia de aviação 
progredisse tão rápido quanto a de 
computadores hoje teríamos um 
avião de 500 dólares que daria 
volta a terra em 20 minutos. O 
único problema é que ele seria do 
tamanho de uma caixa de sapatos.”
� O ciclo evolutivo dos 
transistores está próximo do 
fim.
� Atualmente estamos 
migrando dos gates de 0.18 
para os 0.13 mícrons, ainda 
restam pelo menos mais 5 
gerações pela frente:
� 0.10 mícron. 
� 0.07 mícron. 
� 0.05 mícron. 
� 0.03 mícron. 
� 0.02 mícron. 
� Aprox. uma década.
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Circo Virtuoso 
Progresso da 
Tecnologia
Progresso da 
Tecnologia
Melhores Produtos 
e Preços Baixos
Melhores Produtos 
e Preços Baixos
Novas AplicaçõesNovas Aplicações
Novos MercadosNovos Mercados
Novas EmpresasNovas Empresas
Concorrência 
Maior
Concorrência 
Maior
69
Primeira Lei do Software de Nathan
� Nathan Myhrvold (antigo 
alto executivo da 
Microsoft)
� “O software é um gás, ele se 
expande até preencher o 
recipiente que o contém.”
� Troff – processador de 
texto criado em 1980.
� Poucos K bytes
� Word 2010 – Microsoft
� 3 GB de disco.
� 512 MB de memória.
� Críticas ao Software
� Gigantismo
� Ineficiência
� Baixo aproveitamento do 
hardware
� Baixo aproveitamento dos 
meios físicos
� Soluções simplistas
� Elemento importante da 
evolução do hardware, por 
criar demandas (mais 
memória, processador e 
dispositivos de E/S)
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Desenvolvimento das 
Telecomunicações
• Desenvolvimento 
Astronômico
– Telefonia Fixa
– Telefonia Móvel
– Internet
– Banda Larga
• Consequências:
– Conectividade
– Velocidade
– Mobilidade
– Processamento 
Distribuído
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Tipos de Computador
Nome Custo (em US$) Exemplo de Aplicação
Mainframe 5 Milhões Processamento de dados em 
bloco, bancos
Conjunto de Estações de 
Trabalho
50 – 500 Mil Computador departamental
Servidor 5 Mil Servidor de Rede
Computador Pessoal 500 Desktop ou Notebook 
Computador de Jogos 50 Videogames Domésticos
Microcontrolador 5 Relógios, televisores
Computador Descartável O,5 Cartões de Felicitação
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Resumo:
• Até hoje estão documentadas 4 gerações de 
computadores. Cada geração é criada a partir 
de uma invenção revolucionária que afeta 
todas as criações a seguir.
• Não se sabe ao certo qual seria a nova 
geração de computadores, especula-se a partir 
da computação ubíqua.
• As memórias e os processadores a partir da 
tecnologia de silício estão a beira da 
estagnação. Só poderemos manter a Lei de 
Moore por aproximadamente 10 anos.
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MODELO HIPOTÉTICO DE UM 
COMPUTADOR
Adaptado do Profº Aristides
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Modelo Hipotético de um 
Computador
• Operador
– Só faz o que for ordenado, não toma decisões;
• Conjunto de escaninhos
– Com capacidade para um cartão cada;
• Máquina de calcular
– Executa as operações;
• Caixa de entrada
– Para receber cartões de fora;
• Máquina de escrever 
– Para dar saída às informações / resultados
75
• Para que este modelo funcione, deve existir em cada cartão uma
INSTRUÇÃO. O operador segue de escaninho em escaninho, fazendo
exatamente o que está escrito em cada cartão, até encontrar um cartão
contendo uma instrução que manda que ele PARE.
Conjunto de escaninhos
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Exercício 1:
• Obs.: Utilizaremos a notação (E10) significando "o conteúdo do escaninho E10",
isto é, o valor que está agora armazenado no escaninho E10 (ou, mais
formalmente, o valor corrente daquela posição de memória).
• E1 : armazene o valor 1 no E10
• E2 : leia o conteúdo de E11 (externo - a caixa de entrada)
• E3 : multiplique E10 com E11 (usando a máquina de calcular) e armazene o
resultado em E10
• E4 : subtraia o valor 1 de E11
• E5 : se o valor de E11 > 0, volte para E3, senão continue
• E6 : imprima o conteúdo de E10 (usando a máquina de escrever)
• E7 : PARE
• E8 :
• E9:
• A partir de um sinal externo do tipo COMECE, este modelo inicia do E1 daí por
diante prossegue até E8 (o final).
• Resolva o exercício; o que faz este algorítmo?
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Este programa calcula o FATORIAL de um número 78
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Exercício 2
No mesmo algoritmo acima, avalie as consequências das seguintes alterações:
a) E5 : se o valor de E11 > 0, volte para E3,
b) E5 : se o valor de E11 >= 0, volte para E3; senão continue,
c) E7 : XXX
-------------------------------------------------------------------------
Num modelo real - o COMPUTADOR- só faz aquilo que ele recebe instrução
para realizar.
Um computador funciona a partir de um programa que o instrui sobre o que
deve fazer.
“ O problema dos computadores é que eles fazem exatamente aquilo que você
os instruiu a fazer e não aquilo que você realmente queria que eles fizessem."
Um programador frustrado.
79
Resposta – Exercício 2:
a) E5 : se o valor de E11 > 0, volte para E3, (eliminar "senão continue"), o modelo
não saberia o que fazer quando o valor de E11 chegasse a zero.
b) E5 : se o valor de E11 >= 0, volte para E3, Haveria mais um passo no loop,
multiplicando o conteúdo de E10 por 0 (zero) e o resultado do processamento
do algorítmo seria SEMPRE ZERO.
c) E7 : XXX
• Quando o modelo chegasse até E7, poderia encontrar qualquer coisa. No caso de
encontrar código válido(por exemplo, o "lixo" deixado por um programa anterior)
com algum significado, ele executaria a instrução (fosse esta o que quer que
fosse), chegando a um resultado imprevisível (poderia dar um resultado errado,
poderia travar, poderia entrar em um loop, etc.).
• Caso o conteúdo de E8 fosse um valor sem significado (por exemplo, um dado), o
modelo não saberia o que fazer e pararia.
• Portanto, num modelo real - o COMPUTADOR- só faz aquilo que ele recebe
instrução para realizar. Um computador funciona a partir de um programa que o
instrui sobre o que deve fazer.
80
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41
• PROGRAMA é uma sequência de instruções (no modelo hipotético, os cartões);
• O programa deve ser escrito numa LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO - as
linguagens naturais têm ambiguidades e podem dar margem a diferentes
interpretações;
• HARDWARE (significa originalmente "ferragens“, em inglês - hardware store
significa originalmente "loja de ferragens") é o conjunto de dispositivos físicos do
computador, o equipamento;
• SOFTWARE (em analogia a hardware, a parte "soft", macia, são os programas que
permitem que o equipamento saiba o que realizar, que ele funcione;
• Depois surgiram outros termos, aproveitando as mesmas analogias, tais como
firmware (indicando programação gravada em dispositivos físicos e não
modificável pelo usuário);
• PROCESSAMENTO AUTOMÁTICO DE DADOS:
• Um computador é capaz de executar um programa sozinho, desde que o
programa seja previamente armazenado nele, de forma que ele tenha as
indicações de onde procurar as instruções.
81
• MEMÓRIA – (os escaninhos) - Dispositivo físico para armazenar programas
e dados;
• PROCESSADOR – (operador e máquina de calcular) - Dispositivo que realiza
o processamento;
• DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA – (caixa de entrada, caixa de saída,
máquina de escrever) - Formas de comunicação entre o usuário e o
computador;
• SISTEMA - Um conjunto interligado de programas (e, eventualmente,
também de equipamentos);
• LINGUAGEM DE MÁQUINA - é a linguagem que o computador entende,
cujo "alfabeto" é composto apenas de "1's" e "0's" (linguagem binária);
• LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO - é uma linguagem formal, utilizando
termos que se aproximam da linguagem humana, que pode ser traduzida
por programas especiais em linguagem de máquina.
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42
COMPONENTES DO COMPUTADOR
83
84
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43
Diagrama em Bloco de um Computador
MEMORIA 
PRINCIPAL
UC
DMA – deixa a UCP disponível para 
outro processamento em paralelo.
UCP
ULA
Troca de informações (dados ou instruções) – fluxo bidirecional.
Sinais de controle – fluxo unidirecional.
DISPOSITIVOS 
DE ENTRADA 
E SAIDA
85
PROCESSADOR
86
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44
Clock
• Dispositivo que dá ritmos aos trabalhos da 
UCP, a UC, a ULA e até mesmo uma parte da 
memória conhecida por cache.
• É um circuito oscilador que tem a função de 
sincronizar e ditar a medida de velocidade de 
transferência de dados no computador, por 
exemplo, entre o processador e a memória 
principal. Esta frequência é medida em ciclos 
por segundo, ou Hertz.
87
Processador
• Um microprocessador, ou simplesmente 
processador, é um circuito integrado (ou 
chip), que é considerado o "cérebro" do 
computador.
88
04/08/2014
45
Processador
• Pode-se dizer que a CPU realiza as seguintes 
tarefas: 
– Busca e executa as instruções existentes na 
memória. Os programas e os dados que ficam 
gravados no disco (disco rígido ou disquetes), 
são transferidos para a memória. Uma vez 
estando na memória, a CPU pode executar os 
programas e processar os dados. 
– Comanda todos os outros chips do 
computador. 
89
Processador
• A CPU é composta basicamente de três 
elementos: unidade de controle, unidade 
lógica e aritmética e registradores.
• Unidade Lógica e Aritmética (ALU) - Assume 
todas as tarefas relacionadas às operações 
lógicas (ou, e, negação, etc.) e aritméticas 
(adições, subtrações, etc...) a serem 
realizadas no contexto de uma tarefa.
90
04/08/2014
46
Processador
• Unidade de Controle (UC) - assume toda a 
tarefa de controle das ações a serem 
realizadas pelo computador, comandando 
todos os demais componentes de sua 
arquitetura.
• Registradores - são utilizados para assegurar 
o armazenamento temporário de 
informações importantes para o 
processamento de uma dada instrução. 
91
Processador
92
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47
Evolução dos Processadores
Proces-
sador
Ano
Clock
(MHz)
Transistores
Largura da 
Palavra 
(bits)
Observações
4004 1971 0,108 2.300 4 Primeiro Microprocessador em um CI
8008 1972 0,108 3.500 8 Primeiro Microprocessador de 8 bits
8008 1974 2 6.000 8 Primeira CPU de uso geral em um só CI
8086 1978 5 a 10 29.000 16 Primeiro processador de 16 bits
8088 1979 5 a 8 29.000 8/16 Adaptação do 8086 para IBM PC
80286 1982 8 a 12 134.000 16 CPU do PC-AT
80386 1985 16 a 33 275.000 32 Primeira CPU de 32 bits
80486 1989 25 - 100 1,2 milhões 32
Primeira CPU com cache e co-processador
aritmético embutidos.
Pentium 1993 60 - 233 3,1 milhões 32/64
Tecnologia Pipeline e MMX nos clocks mais 
elevados
Pentium 
PRO
1995 150-200 5,5 milhões 32/64 Primeira CPU com dois níveis de cache
93
Evolução dos Processadores
Proces-
sador
Ano
Clock
(MHz)
Transistores
Largura da 
Palavra 
(bits)
Observações
Pentium 
II
1997 233-450 7,5 milhões 32/64
Tecnologia MMX somada a dois níveis de 
cache
Pentium 
III
1999
650 a 
1.400
9,5 milhões 32/64 Instruções específicas para imagens em 3D
Pentium 
IV
2000
1.300 a 
3.800
42 milhões 32/64 Hiperthreading
� Celeron – processador alternativo para quem não precisa de todo o poder 
computacional do Pentium “completo”. O celeron mais recente é o CORE2-
DUO, que é alternativo ao PENTIUM IV DUAL CORE;
� XEON – pronuncia-se zíon, é uma familia especial de Pentiums voltada para 
os servidores de rede. São processadores que contam toda a tecnologia 
disponível no Pentium mais atual e são preparados especialmente para 
servidores de rede;
� CENTRINO – processadores específicos para dispositivos portáteis e 
móveis, como notebooks e outros. Contam com recursos especiais de 
gerenciamento de energia e acesso a redes sem fio.
94
04/08/2014
48
Evolução dos Processadores
Barramentos
• Apresentar as vidas de comunicação
existentes dentro do computador, estas vias
são conhecidas como barramentos, quando
estes barramentos tem saídas para o meio
externo a placa-mãe ganham o nome de
interfaces, que devem seguir um padrão bem
definido para que os periféricos conectados
sejam capazes de se comunicar com a UCP.
96
04/08/2014
49
Barramentos
• Um barramento, ou bus, nada mais é do que
um caminho comum pelo qual os dados
trafegam dentro do computador.
• O tamanho de um barramento é importante
pois ele determina quantos dados podem
ser transmitidos em uma única vez. Por
exemplo, um barramento de 16 bits pode
transmitir 16 bits de dado, e um barramento
de 32 bits pode transmitir 32 bits de dados a
cada vez.
97
Barramentos Internos
• Ligam a CPU (processador) aos 
equipamentos que ficam dentro do 
gabinete. 
• Existem diversos tipos de barramentos 
específicos para equipamentos diferentes:
• IDE
• ISA
• PCI
• AGP
• SCSI
98
04/08/2014
50
Barramento IDE
• Para conectar as unidades de armazenamento 
internas (HD, Drive de CD, Gravadores de CD, Drives 
de DVD, etc.) à placa-mãe do computador.
• Os equipamentos são ligados aos barramentos IDE 
através Cabo FLAT.
99
Barramento ISA
• Comum em micros mais antigos para encaixar placas 
de expansão, como modems, placas de som, placas 
de vídeo, 
• Está caindo em desuso por ser relativamente lento 
em relação às novas tecnologias.100
04/08/2014
51
Barramento PCI
• Substituto do barramento ISA (nas novas placas-
mãe, é mais comum encontrar vários slots PCI e 
apenas alguns poucos ISA, quando há ISA).
101
Barramento AGP
• Apenas para uso de placas de vídeo.
102
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52
Barramento SCSI
• O SCSI é muito usado em servidores de 
empresas, que normalmente precisam de 
uma maior velocidade de conexão com os 
Discos Rígidos, CDs, unidades de fita.
103
Barramentos Externos
• Barramentos externos = portas = interface
• Tipos: 
– PS/2
– Serial
– Paralela
– USB
– Firewire
– PCM CIA
104
04/08/2014
53
Porta PS/2
• É o barramento usado para conectar mouse e
teclado.
• Em alguns gabinetes há duas portas na parte
traseira, uma para o mouse e a outra para o teclado.
105
Porta Serial
• É um barramento usado por equipamentos que
transferem relativamente pouca informação, como
mouses, modems, câmeras (webcam), etc.
106
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54
Porta Paralela
• Barramento relativamente antigo e está sendo cada
vez menos utilizado em computadores atuais. A
porta paralela usa conector DB-25
107
Porta USB
• É usada hoje em todos os computadores substituiu 
as portas paralela e serial e como seu próprio nome 
diz, “Porta Serial Universal”, ou seja, um modelo de 
porta que se tornou universal para todos os tipos de 
equipamentos.
108
04/08/2014
55
Barramento Firewire
• Encontrado apenas nos computadores mais novos, o
barramento firewire foi desenvolvido pela Sony e é
bastante rápido.
109
Barramento PCM CIA (PC Card)
• Encontrado em modems, placas de som, placas de
rede e até discos rígidos portáteis, antes da
popularização das Portas USB.
110
04/08/2014
56
DISPOSITIVOS DE ENTRADA/SAÍDA
Nessa categoria enquadram-se os dispositivos por 
onde o usuário envia dados para a UCP
111
Teclado
• Um dos primeiros dispositivos;
• Maior número de versões devido a região onde é usado;
• Definição:
– É um conjunto de chaves elétricas cada uma acionada por 
uma tecla. A cada chave dessas corresponde um código 
binário que é enviado para a placa-mãe e esta sabe como 
tratar esse código de acordo com o modelo do teclado ou 
com o software que está em uso.
– Códigos de caracteres:
• EBCEDIC (computadores de grande porte da IBM), ou
• ASCII (padrão mais utilizado hoje);
112
04/08/2014
57
Mouse
113
Mouse
114
04/08/2014
58
Placa de Vídeo
• Envia sinais para o monitor para
apresentação das imagens
–Podem possuir uma memória própria,
como 64MB ou até 1GB
–Podem até possuir um processador
próprio
–São indispensáveis para o funcionamento
do computador
Placa de Vídeo
04/08/2014
59
Monitores de Vídeo
• Principal dispositivo de saída em um
computador
–Como os aparelhos de televisão
–Podem seguir duas tecnologias principais
• Tipos mais comuns
–Tubo de Raio Catódico (CRT)
–Cristal Líquido (LCD)
Monitores de Vídeo CRT
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60
Monitores de Vídeo LCD
Monitor CRT vs. LCD 
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61
Monitores CRT
Monitores LCD
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62
O Problema da Radiação
• Monitores CRT emitem 
radiação;
• Problemas causados a saúde 
humana ainda não estão 
comprovados;
• Usuários mais preocupados 
com a saúde usam filtros 
antirradiação.
Filtros Anti-Radiação em LCD
• Também existem filtros para monitores LCD
04/08/2014
63
Vídeo
125
Modelo
Resolução 
(pontos)
Cores Observações
Hércules MDA 25 linhas x 
80 colunas
1
Somente texto
CGA 320 x 200 4 Primeiro a suportar gráficos
EGA 640 x 450 16 ou 64 Gráficos com mais qualidade e 
compatibilidade com CGA
VGA 640 x 480
800 x 600
256
16
256 cores são suficiente para o olho 
humano ser enganado e achar que 
esta vendo cores reais
SVGA 800 x 600
e
acima
1.6 milhões em 24 
bits
ou 
4 milhões em 
32 bits
Este vídeo mostra cores no limite da 
percepção humana 1,6 milhões de 
cores simultâneas, a opção dos 32 
bits pode ser usada para melhorar o 
contraste da imagem
Placas de som
• Dispositivo que envia e recebe sinais sonoros
entre equipamentos de som e um
computador
– Converte sinais AD (Analógico-Digital)
– DA(Digital-Analógico)
04/08/2014
64
Scanner
• Responsável por traduzir imagens, fotos e textos 
para o formato digital reconhecido pelo 
computador
– Faz varreduras na imagem gerando impulsos 
elétricos através de um captador de reflexos
• Três tipos principais
– Scanner de mão
– Scanner de mesa
– 3D scanner
Scanner
Mão Mesa
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65
Scanner
Scanner 3D
Scanner
130
04/08/2014
66
Impressora
131
Microfone
• Promove comunicação entre usuário-
software-usuário, como uma maneira
alternativa ao teclado
– Ondas sonoras são convertidas em vibrações
mecânicas de um diafragma fino e flexível
– Estas vibrações mecânicas são de seguida
convertidas em sinais elétricos
• Aparecem embutidos em alguns
computadores
04/08/2014
67
Webcam
• Câmera de vídeo
– Baixo custo 
– Captura imagens e as transfere para o computador
– utilizada em videoconferências e bate-papos
Modem
134
04/08/2014
68
Dispositivos de Armazenamento
• Neste tópico serão explorados os dispositivos 
de armazenamento das diversas arquiteturas, 
sendo de padrão magnético como as fitas e 
discos, ou sendo ópticos como CDs, DVDs e 
Blu-rays.
135
Unidades de Armazenamento
• Existem diversos dispositivos de 
armazenamento de informações em um 
computador
• Características principais
– Tempo de acesso
– Capacidade de armazenamento
– Preço, etc., 
04/08/2014
69
O sufixo K (kilo), que, em decimal, representa 1.000 vezes como 
em Km e Kg), em binário representa 210 vezes (1.024). Logo, 1 
Kbyte representa 1.024 bytes, 2 Kbytes = 2.048 bytes.
Sufixo Quantidade
Kilo (K) 210 = 1.024
Mega (M) 220 = 1.048.576
Giga (G) 230 = 1.073.741.824
Tera (T) 240 = 1.099.511.627.776
Peta (P) 250 = 1.125.899.906.843.624
Exa (E) 260 = 1.152.921.504.607.870.976
Zeta (Z) 270 = 1.180.591.620.718.458.879.424
Yotta (Y) 280 = 1.208.925.819.615.701.892.530.176
137
Unidades de Armazenamento
Tipo Capacidade Velocidade Custo
Registrador Bytes Muito alta Muito alto
Memória Cache Kbytes / Mbytes Alta Alto
Memória Principal Mbytes / Gbytes Média Médio
Memória Auxiliar Gbytes baixa Baixo
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70
Discos Rígidos (Magnético)
• É um sistema de armazenamento de alta
capacidade, que possibilita armazenar arquivos
permanentemente
• Representa a maior parte da memória secundária
• Usado para armazenar programas e informações
que estão sendo usadas, modificadas ou
processadas
• Fisicamente os discos são divididos em trilhas e
setores
Discos Rígidos (Magnético)
04/08/2014
71
Compact Disc (CD)
• Dispositivo Ótico
• Disco de acrílico, sobre o qual é impressa uma 
longa espiral
– Aproximadamente 22 188 voltas, totalizando 5,6 Km 
de extensão
• As informações são gravadas em furos nessa 
espiral
• A superfície da espiral é varrida por um laser
• Essa luz é refletida pela superfície do disco, 
captada por um detector 
– convertidos em "1's ou 0's“ (dados binários)
Compact Disc (CD)
• Ainda é um dos meios mais populares de 
armazenamento
– Vem perdendo espaço para o DVD
• Possui capacidade de aproximadamente 
700MB
04/08/2014
72
Digital Versatile Disc (DVD)
• Funcionamento semelhante ao do CD
• Capacidade a partir de 4.7 GB
• Sua alta capacidade é conseguida graças à 
diminuição do tamanho dos setores
– Conseqüente aumento do número de trilhas
Digital Versatile Disc (DVD)
• Pode ser encontrado nos seguintes modelos
– Camada simples/Um lado � 4.7 GB
–Dupla camada/Um lado � 9.0 GB
– Camada simples/Dois lados � 9.0 GB
– Dupla camada/Dois lados � 18.0 GB
04/08/2014
73
Blu-Ray
• Nova geração de mídias para arquivos
sonoros e visuais de alta qualidade
• Capacidade de 25 a 50 GB
• Tendência de substituir os DVDs
04/08/2014
74
MEMÓRIA
147
Memória
• Local onde os dados e os programas são armazenados (na forma
de bits) para imediata execução (memória Principal - MP) ou
para uso posterior (memória secundária - MS);
• A memória é dividida em pequenas áreas, chamadas endereços;
• Armazenar consiste em guardar uma informação (ou um
conjunto de informações) na memória e a operação é
denominada escrita ou gravação (“ write”);
• Recuperar uma informação (ou um conjunto de informações) da
memória é copiá-la para uma outra posição na memória ou para
outro componente do sistema. Esta operação é denominada
leitura (‘read’).
148
04/08/2014
75
Pirâmide Hierárquica de Tipos de 
memória
Registradores
Cache
Principal
Secundária
(Discos e Fitas)
Custo Alto
Velocidade Alta
Baixa Capacidade
Custo Baixo
Velocidade Baixa
Alta Capacidade
149
Registradores
• Os registradores são unidades de memória que armazenam,
temporariamente, na UCP, os dados a serem manipulados por
uma instrução ou seus resultados parciais ou finais de um
processamento;
• Sendo um resultado parcial, armazenado em um registrador,
este será transferido para a memória principal (externa à
UCP).
• Extremamente rápidos
• Pouca capacidade de armazenamento.
150
04/08/2014
76
Memória Principal (MP)
• A Memória Principal tem por finalidade armazenar toda a
informação que é manipulada pelo computador - programas e
dados.
• Para que um programa possa ser manipulado pela máquina,
ele primeiro precisa estar armazenado na memória principal.
– OBS.: os circuitos da Memória Principal não são combinatórias, eles
tem capacidade de armazenar bits. Os circuitos usados são do tipo
"flip-flop”.
151
Memória Cache
• Desenvolvida devido ao tempo alto de acesso a 
memória principal
– Possui arquitetura que permite um acesso muito mais 
rápido em relação à Memória Principal
– O custo de fabricação da memória cache é muito maior
• Computadores incorporam uma pequena porção de 
memória cache
– Localizada entre a CPU e a Memória Principal
– Funciona como um espelho de parte da MP
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77
Memória Cache
Processador
Memória
Cache
Memória
Principal
Endereço
Dados
Controle
sub-sistema de memória
Memória Principal
• A memória principal é formada por dois tipos:
– RAM (Randomic Acess Memory)
– ROM (Read Only Memory)
• Tipos de Memória
• volátil - perde o conteúdo armazenado quando não energizada. (RAM –
Random Access Memory).
• Tipos de RAM
a) Estática - a gravação é estável, só se alterando através de operações de
escrita (consome mais energia);
b) Dinâmica - a gravação do bit "1" se descarrega com o tempo,
precisando ser "refrescada" periodicamente (ciclo de refresh).
154
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78
FPM X EDO X SDRAM
155
• não volátil - não perde o conteúdo armazenado. (ROM, PROM, EPROM,
EEPROM)
c) ROM - Read Only Memory (gravada de fábrica - permanente);
d) PROM - Programable ROM (pode ser gravada uma única vez pelo
usuário, através de equipamentos especiais);
e) EPROM - Erasable PROM (pode ser apagada através de raios
ultravioletas);
f) EEPROM - Electrical EPROM (pode ser apagada através de sinais
elétricos);
g) Memória Flash - é uma memória que pode ser utilizada como apenas
de leitura ou como de leitura e gravação, dependendo do driver
utilizado. Geralmente é utilizada como um disco em pastilhas (chips),
SSD - Solid State Disk.
156
04/08/2014
79
ROM – Read Only Memory
• Quando ligamos um microcomputador,
podemos ver que sempre é executado o teste
e a contagem de memória;
• Este programa pode ser armazenado em
ROM, que é uma memória de apenas leitura
onde os dados não são apagados quando
desligamos a alimentação;
• O programa armazenado em ROM, recebe o
nome de firmware que é um programa
inalterável e que será sempre executado. 157
Na ROM do microcomputador há 
basicamente três firmwares:
1. BIOS (Basic Input/Output System) – “ensina” o 
processador a trabalhar com os periféricos mais 
básicos do sistema, como ckt de apoio, unidade de 
disquete e o vídeo em modo texto;
2. POST (Power-On Self-Test – Autoteste ao Ligar) –
sempre que o micro é ligado o POST executa as 
seguintes rotinas:
• Identifica a configuração instalada;
• Inicializa os chipset da placa mãe;
• Inicializa o vídeo;
158
04/08/2014
80
Na ROM do microcomputador há 
basicamente três firmwares:
• Testa a memória;
• Testa o teclado;
• Carrega o sistema operacional para a memória;
• Entrega o controle do microprocessador ao sistema
operacional.
3. Setup – programa de configuração de hardware do 
microcomputador.
159
Atualmente há duas tecnologias básicas para 
construção de circuitos de memória ROM:
• Mask ROM – é programada de fábrica e não há como
reprograma-la, a não ser trocando o chip. – é usada até o
lançamento das primeiras placa-mãe soquete 7;
• Flash ROM – tecnologia mais moderna que permite
reprogramação através de firmware. – upgrade de BIOS.
160
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81
Memória Secundária
• A memória secundária , também chamada de auxiliar ou
memória de massa, tem a finalidade de armazenar de forma
permanente as informações (dados e programas) necessários ao
processamento.
• A memória secundária é eletromecânica e por esta razão, seu
tempo de acesso é relativamente alto, se comparado com
outros tipos de memória.
161
Uso da Memória
• O 8088 só podia enxergar 1 MB de memória que é dividida em
áreas menores de 64KB. – 64KB x 16 = 1 MB.
• Por motivos de compatibilidade, os micros atuais mantém a
mesma estrutura dos micros antigos no primeiro megabyte de
memória. Essa área é dividida da seguinte forma:
162
04/08/2014
82
Área de Memória Endereços Conteúdo
0 a 640 KB 00000h a 9FFFFh
Banco 0 ao banco 9
Memória convencional
640 a 704 KB A0000h a AFFFFh Banco 10: Mem. De vídeo
704 a 768 KB B0000h a BFFFFh Banco 11: Mem. De vídeo
768 a 832 KB C0000h a CFFFFh Banco 12: ROM da interface de 
vídeo
832 a 896 KB D0000h a DFFFFh Banco 13: Firmware de 
interfaces
896 a 960 KB E0000h a EFFFFh Banco 14: Firmware de 
interfaces
960 a 1.024 KB F0000h a FFFFFh Banco 15: BIOS (e Basic
residente, caso haja)
163
Tecnologia de Memória para Vídeo
• Para armazenar a imagem a ser exibida no vídeo, a placa utiliza-se de 
um tipo especial de memória, chamada de memória de vídeo. 
• O conteúdo desta memória é constantemente atualizado pela placa de 
vídeo, seguindo as ordens transmitidas pelo processador.
• O controlador de vídeo lê o conteúdo da memória de vídeo (presente na
placa de vídeo), convertendo os dados armazenados em sinais que
sejam compreensíveis pelo monitor.
• Novas tecnologias relacionadas a memória de vídeo, surgiram afim de
aumentar o desempenho de interface de vídeo.
164
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83
Funcionamento da Placa de Vídeo
Barramento PCI Controlador de vídeo
Memória de 
vídeo
165
Arquitetura Unificada de memória 
(UMA – Unified Memory Architecture)
• A interface de vídeo utiliza parte da memória RAM do
micro, com a finalidade de baratear o micro e aumentar
o desempenho do vídeo.
• Depende do chipset da placa-mãe e geralmente é
onboard.
• Em alguns casos o controlador de vídeo está dentro do
processador – diminui custos. Ex.: Cyrix MediaGX;
• Em outros, o processador de vídeo está integrado no
chipset. – SIS 5598 (TX PRO II).
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Tipos de memórias de vídeo
• As placas de vídeo utilizammemória RAM para
armazenar as imagens que serão mostradas no monitor.
• Apesar de poderem usar memórias FPM, EDO ou
SDRAM comuns, o uso de memórias otimizadas para
vídeo, aumenta bastante sua performance.
• Os principais tipos de memória de vídeo usados
atualmente são o VRAM, SGRAM e WRAM.
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VRAM (Vídeo RAM)
• A VRAM é um tipo de memória especialmente desenvolvido
para o uso em placas de vídeo. Sua principal vantagem é que
pode ser acessada simultaneamente por dois componentes.
Isso permite que a placa de vídeo use os dados contidos na
VRAM para atualizar a exibição das imagens, ao mesmo
tempo que o processador inclui novos dados.
• O uso de memórias VRAM aumenta perceptivelmente o
desempenho da placa, o problema é que este tipo de
memória é bem mais caro que as memórias convencionais,
fazendo com que muitos fabricantes optem por utilizar
memórias EDO comuns em seus modelos de placas de vídeo
mais baratas.
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Funcionamento de uma placa de vídeo com VRAM
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Barramento PCI
Controlador 
de vídeo
Memória VRAM
WRAM (Windows RAM)
• Como o nome sugere, a Windows RAM é um tipo de
memória de vídeo otimizada para sistemas gráficos
como o Windows.
• Aperfeiçoamento sobre a VRAM criado pela Samsung,
que possui um desempenho cerca de 50% superior
(segundo a Samsung).
• Apesar da melhora no desempenho, a WRAM é mais
barata que as memórias VRAM comuns, tendo obtido
uma enorme aceitação no mercado.
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Memória Rambus (RDRAM)
• Criada pela empresa Rambus;
• A memória é conectada ao controlador de vídeo através de um
barramento estreito, porém rápido (Rambus);
• Este barramento de 8 bits, consegue transmitir dois bytes por
pulso de clock: um na ativação do clock e outro na desativação;
• O clock é totalmente independente do barramento PCI e tem
freqüência de 250 MHz;
• Segundo a empresa, essa tecnologia é dez vezes mais rápida que
as memórias tradicionais de vídeo e de três a cinco vezes mais
rápida que a VRAM.
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Funcionamento de uma placa de vídeo Rambus
Barramento PCI Barramento RAMBUSControlador de vídeo
Memória 
de vídeo
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SGRAM (Synchronous Graphic Ramdom
Access Memory)
• A SGRAM é um tipo de memória SDRAM otimizada para 
o uso em placas de vídeo, que apesar de possuir apenas 
uma entrada de dados, pode ser dividida em duas 
páginas de memória. Como ambas as páginas podem 
ser acessadas ao mesmo tempo, simulamos uma dupla 
entrada de dados.
• Atualmente as memórias SGRAM vêm sendo cada vez 
mais usadas em placas de vídeo de baixo e médio 
desempenho, pois apesar do desempenho levemente 
inferior às memórias VRAM são muito mais baratas, 
sendo substitutas ideais para as memórias EDO.
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UNIDADE CENTRAL DE 
PROCESSAMENTO
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Unidade Central de Processamento – UCP (Central 
Processing Unity – CPU)
• é a responsável pelo processamento e execução dos programas armazenados na MP.
• As funções da UCP são: executar as instruções e controlar as operações no
computador.
• A UCP é composta de duas partes:
• UAL - Unidade Aritmética e Lógica - tem por função a efetiva execução das instruções
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ACC
REGs
Unidade de 
Controle
ULA
Barramento Interno
Barramento de Controle
UC – Unidade de Controle
• Tem por funções a busca, interpretação
e controle de execução das instruções, e
o controle dos demais componentes do
computador
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ACC
REGs
UCULA
CLOCK
RDM
REM
CI
RI
DECODER 
INST.
Memória
Principal
Unidade Lógica e Aritmética
Diagrama 
Funcional da UCP
Unidade de Controle
Barramento de Dados
Barramento de 
Endereços
Ba
rr
a
m
e
n
to
 
In
te
rn
o
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Registradores Importantes na UCP
• Na UC - CI - Contador de Instruções (em inglês: PC - Program
Counter) - armazena o endereço da próxima instrução a ser
executada - tem sempre o mesmo tamanho do REM.
• Na UC - RI - Registrador de Instrução (em inglês: IR - Instruction
Register) - armazena a instrução a ser executada.
• Na ULA - ACC Acumulador (em inglês:ACC - Accumulator) -
armazena os dados (de entrada e resultados) para as operações
na ULA; o acumulador é um dos principais elementos que
definem o tamanho da palavra do computador - o tamanho da
palavra é igual ao tamanho do acumulador.
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Instruções
• Para que um programa possa ser executado por um computador, ele precisa ser
constituído de uma série de instruções de máquina e estar armazenado em células
sucessivas na memória principal;
• A UCP é responsável pela execução das instruções que estão na memória;
• Quem executa um programa é o hardware;
• Programa em linguagem de máquina (uma seqüência de instruções de máquina em
código binário);
• A linguagem de máquina é composta de códigos binários, representando instruções,
endereços e dados e está totalmente vinculada ao conjunto ("set") de instruções da
máquina.
• O programa elaborado pelo programador (o código-fonte, composto de instruções
complexas) precisa ser "traduzido" em pequenas operações elementares executáveis pelo
hardware.
• Cada uma das instruções tem um código binário associado, que é o código da operação.
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Formato geral de uma instrução
• OPCODE - identifica a operação a ser realizada pelo processador. É o campo
da instrução cuja valor binário identifica a operação a ser realizada. Este
código é a entrada no decodificador de instruções na unidade de controle.
• OP - é ou são o(s) campo(s) da instrução cujo valor binário sinaliza a
localização do dado (ou é o próprio dado) que será manipulado
(processado) pela instrução durante a operação. Em geral, um operando
identifica o endereço de memória onde está contido o dado que será
manipulado, ou pode conter o endereço onde o resultado da operação
será armazenado. Finalmente, um operando pode também indicar um
Registrador (que conterá o dado propriamente dito ou um endereço de
memória onde está armazenado o dado). Os operandos fornecem os dados
da instrução.
• Obs: Existem instruções que não tem operando. Ex.: Instrução HALT (PARE).
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Código de operação (OPCODE) Operando (s) (OP)
Conjunto de Instruções
• Quando se projeta um hardware, define-se o seu conjunto ("set") de instruções -
o conjunto de instruções elementares que o hardware é capaz de executar. O 
projeto de um processador é centrado no seu conjunto ("set") de instruções. 
Quanto menor e mais simples for este conjunto de instruções, mais rápido pode 
ser o ciclo de tempo do processador.
• Um processador precisa possuir instruções para:
• operações matemáticas:
• 1. aritméticas: +, - , × , ÷ ...;
• 2. lógicas: and, or, xor, ...;
• 3. de complemento;
• 4. de deslocamento.
• operações de movimentação de dados:
• (memória <--> UCP, reg <--> reg);
• operações de entrada e saída (R/W em dispositivos de E/S);
• operações de controle (desvio de sequência de execução, parada).
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As estratégias de implementação de 
processadores são:
• CISC - Complex Instruction Set Computer
• Exemplo: PC, Macintosh; um conjunto de instruções maior e
mais complexo, implicando num processador mais complexo,
com ciclo de processamento mais lento; ou
• RISC - Reduced Instruction Set Computer
• Exemplo: Power PC, Alpha, Sparc; um conjunto de instruções
menor e mais simples, implicando num processador mais
simples, com ciclo de processamento rápido.
• Obs.: adotaremos o termo instrução para as instruções de
máquina ou em linguagem Assembly e comando para linguagens
de alto nível.
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O projeto de um processador poderia ser 
resumido em:
• a) Definir o conjunto de instruções (todas as possíveis instruções que o
processador poderá executar):
• definir formato e tamanho das instruções;
•definir as operações elementares.
• b) Projetar os componentes do processador (UAL, UC, registradores, barramentos,
...)
• Duas estratégias são possíveis na construção do decodificador de instruções da
UC:
• wired logic - as instruções são todas implementadas em circuito);
• Microcódigo - apenas um grupo básico de instruções são implementadas em
circuitos; as demais são “montadas” através de micro programas que usam as
instruções básicas.
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Ciclo de Instruções
• As instruções são executadas 
sequencialmente uma a uma. (a não ser 
pela ocorrência de um desvio).
• O CI indica a sequência de execução, isto é, 
o CI controla o fluxo de execução das 
instruções.
• Descrição do processamento de uma 
instrução na UCP:
• a UC lê o endereço da próxima instrução no CI;
• a UC transfere o endereço da próxima instrução, 
através do barramento interno, para o REM.
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INICIO
TÉRMIO
Buscar próxima
Instrução
Interpretar a
Instrução
Buscar os Dados
Executar a
Instrução
Sistema Operacional dá suporte aos aplicativos
(Sustenta o ambiente no qual os aplicativos são executados)
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Aplicativo A Aplicativo B Aplicativo C
Drivers de Dispositivos
HARDWARE
Gerenciamento
de Processos
E/S 
Arquivos
Gerenciamento
de Memória
E/S 
Dispositivos