Material Aula ARQ 2016 2 Unid 2 Top 21 e 22 Org Funcional SC s4 [Compatibility Mode]

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Mario A. Monteiro
ARQUITETURA DE COMPUTADORES
Unidade 2
ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM SISTEMA 
DE COMPUTAÇÃO
Item 2.1 – Componentes e Funções dos S.C.
Item 2.2 - Barramentos
Mario A. Monteiro
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S.C
Anteriormente, foi observado que a manipulação (Processamento) 
de Dados é realizada em etapas:
- Obter os dados que serão processados (computados) 
(ENTRADA)
- Elaborar a sequencia de passos do algoritmo)
(PROCESSAMENTO)
- Registrar ou guardar a informação resultante do processamento
(SAÍDA)
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S.C
De modo mais sucinto:
� ETAPAS DE UMA COMPUTAÇÃO (processamento de dados)
entrada sequência de instruções saída
Sequência de instruções Algorítmo Programa
(receita de bolo)
� ETAPAS DE UMA COMPUTAÇÃO (processamento de dados)
entrada sequência de instruções saída
Sequência de instruções Algorítmo Programa
(receita de bolo)
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S.C
ENTÃO, PARA SE PROJETAR UMA MÁQUINA CAPAZ DE
AUTOMATIZAR UM PROCESSAMENTO DE DADOS, ENTENDE-SE 
QUE ELA DEVA POSSUIR REQUISITOS SEMELHANTES ÀS 
MENCIONADAS ETAPAS
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S.C
Assim, todo Sistema de Computação (computador) é organizado
(funcionalmente) em 3 grandes módulos (ou sub-sistemas):
BARRAMENTO (bus)
DE PROCESSAMENTO
Como se trata de componentes eletrônicos, sua comunicação e controle é 
realizada por sinais elétricos, que percorrem fios. Estes fios são chamados, em
conjunto, de 
DE ARMAZENAMENTO (MEMÓRIA)
DE ENTRADA/SAÍDA (E/S)
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
COMPONENTES DE UM COMPUTADOR (S. C.)
IMPLEMENTAM AS ETAPAS DE UM PROCESSAMENTO DE DADOS
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
Uma Estrutura Simples com todos os componentes ligados em um único 
barramento
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
FUNÇÕES DE UM PROCESSADOR
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
FUNÇÕES DE UM PROCESSADOR
Processadores são projetados com a capacidade de realizarem
diretamente (pelo hardware) pequenas e simples (primitivas) operações.
EXEMPLOS:
- Executar operações aritméticas com 2 números (somar, subtrair, multiplicar,
dividir);
- Mover um número (dado) de um local para outro;
- Mover um número (dado) de dispositivo de entrada ou de saída.
- Desviar a sequência de controle.
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A execução de um comando em linguagem de alto nível (p.ex, Pascal), como:
X := A + B;
Requer, primeiro, sua conversão para uma ou mais instruções de máquina e, 
em seguida, sua execução propriamente dita.
1001 00111 00001 Mesma Instrução binária de máquina 
Instrução (Somar) , em linguagem Assembly
Que significa: somar o valor indicado por A com o valor indicado por B e 
armazenar o resultado no local indicado por A.
FUNÇÕES DO PROCESSADOR
Somar A, B
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Os processadores, então:
- interpretam o que fazer (qual a operação – no exemplo anterior, 
a operação era SOMAR) e;
- e executam a operação (como fazer – algoritmo para completar
a operação propriamente dita).
FUNÇÕES DO PROCESSADOR
Cada operação é identificada e definida por um conjunto de bits denominado: 
INSTRUÇÃO DE MÁQUINA - ex. anterior: 1001 00111 00001
A sequência de etapas (algoritmo) para completar a execução de uma instrução
de máquina é denominada de:
CICLO DE INSTRUÇÃO
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
CICLO DE INSTRUÇÃO
FUNÇÕES DO PROCESSADOR
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C FUNÇÕES DO PROCESSADOR
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FUNÇÕES DE ARMAZENAMENTO
(Memória)
- Definição – Operações
- Organização
- Endereçamento
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O SUB-SISTEMA DE MEMÓRIA
A MEMÓRIA é um sistema, constituido de vários componentes, cada um com 
velocidades , custos e capacidades diferentes. Todos, no entanto, com mesma 
função – ARMAZENAR VALORES e RECUPERAR quando desejado.
Toda memória permite a realização de duas operações:
ESCRITA (armazenar) - O dado anteriormente armzenado é apagado
LEITURA (recuperar) - Normalmente se recupera uma cópia do dado.
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Toda memória é organizada como um conjunto de N partes iguais, de largura 
fixa com M bits.
O valor de M depende do tipo de memória (usualmente é 8 bits (1 Byte) nas 
memórias RAM, mas tem valores maiores para outras memórias).
Cada parte (chama-se célula ou palavra nas memórias RAM, linha, nas 
memórias cache, setor, nos HDs, etc) e é identificada por um número, chamado 
ENDEREÇO. Todos os N endereços tem mesma largura, de E bits.
Uma memória com N partes também possui N endereços. 
ORGANIZAÇÃO
O SUB-SISTEMA DE MEMÓRIA
Endereço = 1011101 Então, E = 7 bits
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ORGANIZAÇÃO
m
Endereço 0 M bits
M bits
M bits
M bits
M bits
M bits
Endereço 1
Endereço 2
Endereço 3
Endereço N-1
N partes2
E = N
E = largura de cada endereço
M = conteúdo de cada parte
O SUB-SISTEMA DE MEMÓRIA
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O SUB-SISTEMA DE ENTRADA/SAÍDA (E/S)
OU 
INPUT/OUTPUT (I/O)
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O sistema de E/S tem por função interligar o mundo exterior ao interior 
(processador-memória).
Todo componente de E/S é constituido de 2 partes:
O SUB-SISTEMA DE ENTRADA/SAÍDA (E/S) ou INPUT/OUTPUT 
(I/O)
O interface (ex:Placa de video)
O dispositivo propriamente dito (ex:vídeo)
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O SUB-SISTEMA DE ENTRADA/SAÍDA (E/S) ou INPUT/OUTPUT 
(I/O)
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
INTERFACE ou CONTROLADOR é um dispositivo que serve para
compatibilizar as diferentes características entre o processador/memória e o
dispositivo que controla, bem como controlar o funcionamento do referido
dispositivo.
O SUB-SISTEMA DE ENTRADA/SAÍDA (E/S) ou INPUT/OUTPUT 
(I/O)
Exemplo: a placa de video é o interface do monitor, assim como a placa
controladora de um HD.
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BARRAMENTOS
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BARRAMENTOS
É um conjunto de fios que tem por função transportar sinais de
informação e de controle e comunicação entre os componentes
interligados.
Sinais de informação – são bits, transportados entre o processador e demais
componentes (memória ou periféricos) e vice-versa.
Sinais de controle e comunicação - pulsos, que surgem em duração e intervalo
de tempo diferentes conforme sua função. Cada um deles serve a um propósito
diferente.
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BARRAMENTOS
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ARQUITETURA DE COMPUTADORESFUNÇÕES DE CADA BARRAMENTO – CADA GRUPOS DE FIOS
Em uma operação de transferência, acesso (seja para leitura ou para
escrita), o barramento é ÚNICO,, embora DIVIDIDO EM GRUPOS DE
FIOS que realizam funções diferentes:, a saber:
Barramentos de Dados (BD) –– são bidirecionais - transportam bits de dados.
Entre processador e outro componente e vice-versa.
Barramento de Endereços (BE) – são unidirecionais - transportam bits de um
endereço de acesso, do processador para o controlador do barramento.
Barramento de Controle (BC) – possuem fios que enviam sinais específicos de
controle e comunicação durante uma determinada operação.
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Processador Memória Cache
Memória 
Principal E/S E/S E/S
BARRAMENTOS
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Uma operação de acesso
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Exemplo de funcionamento dos barramentos
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FUNÇÕES DOS BARRAMENTOS – GRUPOS DE FIOS
- Cada fio transporta um sinal específico de uma determinada ação, 
evento ou para garantir uma operação. São independentes no tempo, 
na função, na direção do fluxo do sinal.
Exemplos: * para sinalizar operação de escrita; 
* para sinalizar operação de leitura;
* para passar voltagem de alimentação; 
* fio terra;
* sinal do relógio;
* sinal de controle de acesso de endereço de coluna; 
* sinal de controle de acesso endereço de linha; 
* sinal de estabilização de dados no BD;
* sinal de solicitação de acesso ao barramento;
Barramento de Controle (BC)
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TIPOS DE BARRAMENTOS
- Interno ou via de dados (data path)
- Externos
Paralelos
Do sistema (system bus) – FSB (Intel); Hyper Transport (AMD)
** de E/S: ISA – PCI – AGP
Seriais (E/S)
USB – PCI Express – Fireware 
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CARACTERÍSTICAS DE BARRAMENTOS
Barramento de Endereços
* Largura (L) – quantidade de fios (bits)
* Quanto maior L, maior a quantidade de endereços usados no 
sistema(a capacidade da memória)
* Sendo: 
N = quantidade DE ENDEREÇOS
L = quantidade DE BITS do BE OU DE CADA ENDEREÇO
N = 2L
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CARACTERÍSTICAS DE BARRAMENTOS
* Largura (L) – medida em bits
* Velocidade (V) – medida em Hertz (Hz)
* Taxa de Transferência (T) (largura de banda) – medida em bps 
(bits/seg) ou Bps (Bytes/seg)
T = L * VT = L * V
Barramento de Dados 
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
Um sistema de computação tem um processador de 2GHz e soquete com
204 pinos e 4GB de memória RAM, sendo interligados por um barramento
com velocidade de 400 MHz.; sabe-se que o barramento de controle possui
132 fios. Calcule o valor da taxa de transferência de dados desse
barramento.
EXERCÍCIO
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Total de pinos do processador = soma dos pinos (fios) usados pelos
3 barramentos (BE + BD + BC).
204 = 132 + BE + BD
2BE = 4GB. Então: BE = 32 bits (fios)
204 = 132 + 32 + BD. Assim: BD = 204 – 132 – 32 = 40 bits (fios)
Taxa de transferência (T) = velocidade (V) * largura do BD (L)
Sendo V = 400 MHz (ou 400 Mbps/fio) e L = 40,
T = 400 M * 40 = 16000 Mbps ou 16 Gbps
SOLUÇÃO DO EXERCÍCIO
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ESTRUTURA DE BARRAMENTOS EM NÍVEIS
•Por razões práticas, um barramento deve operar a uma velocidade fixa.
• Conectar todos os dispositivos de um computador no mesmo barramento criaria 
sérios problemas de desempenho e elevaria os custos de produção dos 
dispositivos.
• Solução: uso de barramentos independentes, operando em velocidades distintas 
modelo hierárquico.
• Cada dispositivo é conectado a um barramento mais adequado às suas 
características de velocidade de operação.
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
ESTRUTURA DE BARRAMENTOS EM NÍVEIS
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ESTRUTURA DE BARRAMENTOS EM NÍVEIS
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
REPRESENTAÇÃO DAS INFORMAÇÕES
Estrutura de Informações nas 
Linguagens dos Humanos e nos 
Computadores
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GRANDEZAS
Grandezas Usadas para Abreviar 
Valores em Computação
(Atenção aos valores representados em 
potência de 2 e em potência de 10)
Unidades de Medida de Espaço e 
Tempo Pequenos
A unidade de velocidade de barramentos Hz é 
medida no sistema decimal, de modo que:
1 MHz = 106 e 1 GHz = 109
Mario A. Monteiro
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ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DE UM S. C
EXERCÍCIOS
1. Um barramento é organizado em 3 grupos de fios, usados para 
transmissão de sinais. Como eles são denominados?
2. Considere uma memória que possua 128 M endereços. Qual deve ser 
a largura, em bits, dos números que representam cada endereço?
3. Um processador possui 28 pinos reservados para transmitir 
endereços e 40 pinos para enviar/receber dados da memória. O seu 
barramento opera com velocidade de 100 MHz.
a) qual é a máximo espaço de endereçamento (capacidade) da 
memória?
b) qual é a taxa de transferência do barramento de dados, em bps?