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NP1 Organização de Computadores  Introdução   UNIP

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Introdução 
 
Para estudarmos como um computador funciona, e como os seus vários 
componentes são organizados para possibilitar este funcionamento deveríamos 
primeiramente definir o que é um computador, o que não é uma tarefa simples. 
 
Segundo o dicionário Houaiss, a definição de computador é: 
 
computador 
 
Datação 
 
1789 cf. MS1 
 
Acepções 
 
¦ substantivo masculino 
 
1 o que computa; calculador, calculista 
 
2 Rubrica: informática. 
 
máquina destinada ao processamento de dados; dispositivo capaz 
de obedecer a instruções que visam produzir certas transformações 
nos dados, com o objetivo de alcançar um fim determinado 
 
 
É claro que quem utiliza um computador, seja de um computador doméstico, 
parte de um grande ambiente corporativo ou mesmo um telefone celular, sabe 
que tal definição nem de longe corresponde à capacidade que um destes 
dispositivos possui. 
 
O computador (de todos os portes imagináveis) hoje desempenha as funções 
mais diversas e se tornou parte do cotidiano de boa parte da população 
(mesmo que elas não saibam disso). 
 
O problema, é que em interior o computador é uma máquina que consegue 
fazer muito poucas coisas. Somar e comparar números, mover valores de uma 
área de memória para outra e não muito mais que isso é o que o computador 
realmente consegue fazer, não importa o quão miraculoso ele nos pareça 
quando olhamos do lado de fora. 
 
Chega a ser paradoxal que um equipamento limitado como esse consiga ser 
capaz de ser usado em tantas aplicações. Mas não existe mágica aqui, apenas 
um longo e constante processo evolucionário que começou no século XVII e 
ainda está longe de acabar. 
Explicar parte dos processos que tornam isso possível é objetivo desta matéria. 
Máquinas multiníveis 
 
Um computador é uma máquina que pode realizar um determinado conjunto de 
funções. As pessoas que utilizam estes computadores desejam fazer certas 
atividades que não correspondem diretamente a este conjunto de funções. 
Para que seja possível que os usuários consigam executar as funções que 
necessitam, é necessário que haja um processo de tradução. 
 
Os primeiros computadores que foram construídos só podiam ser utilizados 
pelos engenheiros que os construíram. Era necessário saber exatamente o 
como os circuitos eletrônicos (ou eletromecânicos) se interligavam para que se 
conseguisse realizar as atividades mais simples. 
 
À medida que surgiu a necessidade de expandir a utilização dos 
computadores, foi necessário criar mecanismos que possibilitassem aos 
usuários realizar atividades sem que fosse necessário um conhecimento 
profundo da arquitetura destes mecanismos. 
 
Imaginemos que o computador possa realizar uma quantidade limitada de 
instruções ou comandos. Chamemos este conjunto de linguagem de 
máquina. 
 
 
 
A linguagem que os usuários utilizam não pode se limitar à linguagem de 
máquina, ela precisa se aproximar da linguagem humana para atender 
problemas do mundo real, chamemos esta segunda linguagem de linguagem 
de alto nível. Para que possa haver uma correspondência entre as duas 
linguagens é necessário que o segundo conjunto seja traduzido para o conjunto 
inicial. 
 
Este processo ocorre diversas vezes dentro de um computador. A história da 
evolução dos computadores é um processo de adição de níveis de tradução. 
Se os primeiros computadores só podiam ser utilizados pelos engenheiros que 
os construíram, os computadores atuais podem ser utilizados por pessoas com 
um conhecimento técnico mínimo, se tanto. Isto só é possível por que as 
necessidades destes usuários são submetidas a vários níveis de tradução até 
chegar até uma instrução que o computador consiga efetivamente executar 
através de impulsos elétricos. 
 
Este processo de evolução nos levou ao computador contemporâneo, que 
possui diversos níveis, por isso o denominamos máquina multiníveis. A 
interação entre cada um dos níveis corresponde a um tipo de tradução. 
 
O nível 0 chamado lógico digital, corresponde aos circuitos eletrônicos que 
efetivamente realizam o processamento de informações na forma de impulsos 
elétricos dentro do processador . 
 
O nível 1 corresponde à microarquitetura do processador, que são elementos 
internos do processador: registradores (que são a memória de alta velocidade 
interna do processador) e a ULA (unidade lógica aritmética) que é o elemento 
do processador que realiza operações aritméticas simples. Estes registradores 
são conectados à ULA para formar um caminho de dados, através do qual os 
dados transitam para dentro e fora do processador. Uma operação normal do 
caminho de dados consiste em selecionar o conteúdo de um ou dois 
registradores e submetê-los à ULA e movimentar o resultado para outro 
registrador. 
 
O nível 2 corresponde ao conjunto de instruções suportado pelo processador. 
O conjunto de instruções corresponde aos comandos que o processador pode 
receber de fontes externas. Este conjunto de instruções é determinado pelo 
projeto do processador e normalmente não pode ser alterado. O conjunto de 
instruções também é comum entre os processadores de uma mesma família, 
permitindo assim a interoperabilidade de programas e sistemas operacionais 
dentro desta família. 
 
O nível 3 corresponde ao sistema operacional. O SO fornece uma plataforma 
que possibilita que programas não tenham que interagir diretamente com o 
hardware. Aliás, isto é mandatório em se tratando de sistemas multitarefa. Não 
é possível existir um sistema multitarefa sem que exista um elemento 
arbitrando o acesso ao hardware essa função é do sistema operacional. Em 
sistemas computacionais modernos, todo acesso ao hardware é feito através 
do sistema operacional. 
 
O nível 4 corresponde à linguagem de montagem. A linguagem de montagem 
ou assembly é uma linguagem dependente da plataforma, ou seja, 
processadores diferentes ou de famílias diferentes possuem linguagens de 
montagem diferentes incompatíveis entre si. Um programa escrito em 
linguagem de montagem só pode ser usado em uma determinada plataforma 
ou família de processadores. 
 
O nível 5 corresponde à linguagem orientada a problemas ou linguagem de 
alto nível. Este tipo de linguagem independe da plataforma em for usada, ela 
deve ser traduzida (compilada) para um formato que o sistema operacional 
consiga interpretar e enviar para os níveis mais baixos da máquina multiníveis. 
 
 
História da arquitetura de computadores 
 
Para entender como um computador funciona, precisamos compreender como 
se deu sua evolução, pois um dispositivo sempre incorpora ao menos parte da 
tecnologia dos seus predecessores. Os computadores que usamos hoje 
incorporam em seu design decisões que foram tomadas décadas atrás. 
 
 
Geração Zero – Computadores Mecânicos (1642 – 1945) 
 
As tentativas de criar mecanismos para processar dados remontam ao século 
XVII. Foi nesta época que os primeiro mecanismos capazes de realizar 
cálculos de forma automatizada surgiram. 
 
Os equipamentos desta época eram totalmente mecânicos, já que os 
dispositivos eletromecânicos surgiriam apenas no século XX. 
 
O primeiro dispositivo deste tipo foi construído por Blaise Pascal (1623 – 1662) 
em 1642. Este dispositivo foi criado por Pascal para auxiliar seu pai, que era 
coletor de impostos. Pascal tinha apenas 19 anos. Este dispositivo ficou 
conhecido como Pascalina. 
 
 
 
Uma das Pascalinas construídas por Blaise Pascal 
 
Esta primeira máquina criada por Pascal podia executar apenas somas e 
subtrações. Trinta anos depois, Gottfried Wilhelm Von Liebniz criou um 
dispositivo que podia executar as quatro operações básicas. 
 
 
 
Staffelwalze, uma das calculadoras mecânicas projetadas por Liebniz 
 
Estes dispositivos foram as primeiras tentativas de automatizar processos 
manuais, neste caso