Organização de Computadores Slides de Aula Unidade IV

Prévia do material em texto

Prof. Antônio Palmeira
UNIDADE IV
Organização de 
Computadores
 Entender as portas lógicas e o seu funcionamento com interface entre o hardware
e software de baixo nível.
 Conhecer a importância do barramento e a evolução constante dos chips dos 
processadores.
Conteúdo da Unidade IV
Portas Lógicas
 Trabalham com base binária, que tem como unidade básica o bit.
 Possuem duas variáveis importantes, (entrada e a saída), em que a função recebe 
uma quantidade de entrada que será calculada pelas portas lógicas para resultar 
nas saídas do problema.
PORTA LÓGICAENTRADA SAÍDA
Fonte: Livro-texto
Porta Lógica AND
 Executa a função AND.
 Esta porta recebe no mínimo duas entradas e produz uma saída.
 Nas entradas A e B são inseridos bits e é realizado o cálculo que 
resulta na saída S.
A
B
S
Fonte: Livro-texto
Porta AND e a Função AND
 Pode ser comparada à operação aritmética de multiplicação.
 S = A . B
A
B
S
A B S
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1 Fonte: Livro-texto
Porta AND com 3 entradas
A B C S
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
A
B S
C
Fonte: Livro-texto
Gráfico de uma Porta AND 
A
B
S
1 1 1
1
1
1
1
0 0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Fonte: Livro-texto
Exemplos de aplicação: Porta AND
A
Elevador parado no 
andar
B
Botão para abrir a porta 
pressionado
S
Elevador tem a porta 
aberta
F F F
F V F
V F F
V V V
A
Processador livre
B
Existe aplicativo 
requisitando o 
processador
S
Processador processa 
a informação
F F F
F V F
V F F
V V V
Fonte: Livro-texto
Porta Lógica OR
 A porta OR básica recebe duas entradas e produz uma saída.
 Nas entradas A e B, são inseridos bits e é realizado um cálculo que resulta na 
saída S. 
 A porta OR está diretamente atrelada à função OR.
A
B
S
Fonte: Livro-texto
Porta OR e Função OR
 Sempre que houver algum bit 1 de entrada, teremos 1 como saída, ou seja, só 
teremos 0 na saída quando todas as entradas forem 0.
 S = A + B
A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
A
B
S
Fonte: Livro-texto
Porta OR com 3 entradas 
A B C S
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
A
B S
C
Fonte: Livro-texto
Gráfico de uma Porta OR
0 0 0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
11
1
1
1
1
1
1
A
B
S
Fonte: Livro-texto
Exemplo de aplicação: Porta OR
A
Pessoa com fome
B
Hora do almoço
S
Pessoa come 
a comida
F F F
F V V
V F V
V V V
Fonte: Livro-texto
Interatividade
Um processador sofre uma interrupção quando um usuário do computador digita 
algo no teclado ou utiliza o mouse. Se quisermos representar entradas e saídas com 
porta lógica, como deve-se proceder:
a) Porta AND com 2 entradas.
b) Porta OR com 3 entradas.
c) Porta AND com 3 entradas.
d) Portas AND e OR com 2 entradas.
e) Porta OR com 2 entradas.
Porta Lógica NOT
 Recebe apenas uma entrada e produz uma saída.
 Na entrada A é inserido o bit e então é realizado um cálculo 
que resulta na saída S. 
 A porta NOT está diretamente atrelada à função NOT.
A S
Fonte: Livro-texto
Função NOT e Gráfico de uma Porta NOT
 Sempre irá inverter o valor de entrada.
 Se entrar 0, sairá 1, e se entrar 1 o resultado será 0.
A
S
A S
0 1
1 0
0 0
1 1
1
0 0 0
0
111
0
1
Fonte: Livro-texto
Porta Lógica NAND
 É uma mistura da porta AND com a NOT, ou seja, realiza-se primeiro a função 
AND e o resultado equivale à entrada da função NOT.
A
B
S
A
B
S
Fonte: Livro-texto
Porta NAND e Função NAND
 Repare que a NAND é o inverso da função AND, pois após se realizar a função 
AND, inverter-se-á o bit com o NOT.
A
B
S
A B S
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Fonte: Livro-texto
Porta NAND com 3 entradas
A B C S
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0
A
B S
C
Fonte: Livro-texto
Porta Lógica NOR
 É uma mistura da porta OR com a NOT, ou seja, realiza-se primeiro a função AND 
e o resultado equivale à entrada da função NOT.
A
S
B
A
B
S
Fonte: Livro-texto
Porta NOR e Função NOR
 Repare que a NOR é o inverso da função OR, pois após se realizar a função OR, 
inverte-se o bit com o NOT.
A
S
B
A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Fonte: Livro-texto
Porta NOR com 3 entradas
A B C S
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 0
A
SB
C
Fonte: Livro-texto
Porta Lógica XOR
 Também chamado de OU EXCLUSIVO, é uma mistura de NOTs, ANDs e OR, 
onde a saída só valerá 1, quando apenas uma das entradas for igual a 1, e valerá 
0 quando ambas entradas forem iguais a 1 ou 0.
A
S
B
Fonte: Livro-texto
Porta XOR e Função XOR
 Na primeira entrada A, o bit já recebe o NOT (o círculo), e no segundo B também 
há um NOT (círculo), e então são realizados dois AND, onde cada saída resulta 
em uma entrada para um OR.
A
S
B
A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
A
B
A
B
S
Fonte: Livro-texto
Porta XOR com 3 entradas
A B C S
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 0
A
SB
C
Fonte: Livro-texto
Exemplo de uso de Portas Lógicas
A
B
S
C
D
A
B
C
D
S
Fonte: Livro-texto
Interatividade
A combinação de portas lógicas, conforme a figura, gerará qual função lógica?
a) S = (A.B).(C.D)
b) S = (A+B)+(C+D)
c) S = (A.B)+(C.D)
d) S = (A+B+C+D)
e) S = (A.B.C.D)
A
B
C
D
Fonte: Livro-texto
Nível da Lógica Digital e os Componentes do Sistema Computacional
 As portas lógicas são os elementos básicos para a construção dos 
circuitos digitais.
 A partir dos circuitos digitais os elementos do sistema computacional 
são formados.
Os circuitos digitais podem ser:
 Combinacionais
 Aritméticos
Circuitos Digitais Combinacionais
 Possuem várias entradas e saídas, nos quais as saídas são determinadas 
exclusivamente pelo valor presente nas entradas correspondentes.
 Ex.: Multiplexadores DO
D1
D2
D3
S
A B
Fonte: Livro-texto
Circuitos Digitais Aritméticos
 São os circuitos utilizados na construção da Unidade Lógica e Aritmética do 
processador, com finalidades específicas.
Exemplos:
 Deslocadores
 Somadores
 Subtratores
A
B
Cout = AB
Fonte: Livro-texto
Memórias
 É uma combinação de circuitos lógicos que provem o armazenamento de 
instruções que serão executadas e os dados que serão armazenados.
 Os elementos básicos utilizados na construção das memórias são os 
flip-flops e os latches.
 Latches é o circuito lógico que sempre se “lembra” do valor fornecido 
em sua entrada.
 Flip-flop é um circuito lógico que é sensível à transição de 
sinal.
Registradores
 É um agrupamento de flip-flops.
Os registradores podem ser:
 Seriais – quando os bits são recebidos ou enviados um a um.
 Paralelos – quando os bits são armazenados em um único passo.
 Registrador Paralelo
Recebendo 1 1 0 0 1 0 0 1
Bits a serem transmitidos: 11001001
Bits restantes:
Fonte: Livro-texto
Registradores
 Registrador Serial
Fonte: Livro-texto
Registradores
 Registrador Serial
Fonte: Livro-texto
Barramento
 É o caminho elétrico que faz a ligação de dois ou mais dispositivos.
São divididos quanto à sua função:
 Comunicação interna do processador.
 Comunicaçãoexterna do processador.
 Os computadores antigos tinham um único barramento externo, chamado 
barramento de sistema.
Barramentos Internos e Externos ao Processador
Registers
Buses
CPU chip
ALU
On-chip bus
Bus
controller
Memory bus
Memory
I/O bus
Disk Modem printer
Fonte: Livro-texto
Barramentos e Dispositivos
 Quando os dispositivos utilizam o barramento, sempre há o dispositivo 
principal e o secundário.
 O único dispositivo que não pode ser o principal é a memória, pois ela sempre 
recebe requisições.
 O dispositivo principal também é conhecido como mestre.
 O dispositivo secundário também é conhecido 
como escravo.
Barramentos e Dispositivos
 Dispositivos mestres: dispositivos ativos, ou seja, que comandam o barramento.
 Dispositivos escravos: dispositivos passivos, ou seja, não controlam o barramento.
Mestre Escravo Exemplo
Processador Memória
Busca de instruções 
e de dados
Processador
Dispositivos de 
E/S
Início de transferência 
de dados
Processador Co-Processador
Envio de Instruções do 
processador 
para o Co-Processador
E/S Memória
DMA (acesso direto à 
memória)
Co-Processador Processador
Co-Processador busca
operandos no processador
Interatividade
Sobre a classificação dos dispositivos quando os mesmos estão interligados num 
barramento é considerada como incorreta:
a) Um processador pode se comportar como dispositivo primário ou secundário.
b) Um dispositivo E/S pode ser principal ou secundário.
c) Quando há uma busca de instrução a memória é um dispositivo mestre.
d) Um dispositivo mestre é o primário.
e) Uma memória é sempre um dispositivo escravo.
Tipos de Barramento
Fonte: Livro-texto
Temporização dos Barramentos
 No modo síncrono, há um oscilador de cristal (clock) que alimenta o barramento, e 
todas as atividades do barramento são executadas em um número inteiro de ciclos 
do sinal que são denominados ciclos de barramento. 
 No modo assíncrono não há um sinal de clock, então não existe um padrão 
de tamanho para todas as execuções, podendo cada uma ter um ciclo de 
tamanho diferenciado.
Exemplos de Barramentos
 ISA (Industry Standard Architecture)
 PCI (Peripheral Component Interconnect)
 AGP (Accelerated Graphics Port).
 AMR (Audio Modem Riser).
 CNR (Communications and Network Riser
 ACR (Advanced Communications Riser).
 SATA (Serial Advanced Technology Attachment).
 SCSI (Small Computer System Interface).
 USB (Universal Serial Bus):
Barramento ISA
 Surgiu com o PC da IBM para sistemas baseados no processador 8088.
 Inicialmente trabalhava com 8 bits e depois 16 bits.
 Trabalhava com 16MB/s.
Fonte: Livro-texto
Barramento PCI
 Substituiu o ISA na década de 1990 e contava com 32 bits.
 Trabalhava com 132 MB/s.
 Possuía um slot menor que o ISA.
Fonte: Livro-texto
Evoluções do Barramento PCI
 PCI de 64 bits com transmissão de 512 MB/s.
 PCI-X com 64 bits com transmissão de 4 GB/s.
 PCI-EX com 64 bits com transmissão de 8 GB/s.
Barramento AGP
 É um barramento voltado para a área gráfica, ou seja, os slots são para utilização 
de placa de vídeo.
 A computação gráfica começou a exigir hardwares que ilustrassem com mais 
qualidade as cores e as quantidades de pixels na tela.
 O barramento AGP começou a trabalhar com 32 bits, podendo transferir até 266 
MBs, conseguindo assim atingir até 532 MBs.
Universal Serial Bus (USB)
 É a tecnologia que permitiu o avanço da comunicação do computador com 
memórias secundárias.
 Permitiu a comunicação mais rápida, simples que permitia a qualquer usuário 
colocar dispositivos no computador e utilizá-lo.
 Essa comunicação foi iniciada no mercado com uma 
velocidade de transmissão de 190 KB/s, alcançando 1,5 
MB/s. Já a versão USB 2.0 evoluiu para 60 MB/s e a USB 
3.0, que ainda não está no mercado, transmitirá em torno 
de 600 MB por segundo.
Barramento do Pentium II
Fonte: Livro-texto (adaptado)
Barramento 
do cache
Barramento 
local
Barramento 
de memória
Cache L2 processador Ponte
PCI
Memória
primária
Barramento PCI
Barramento ISA
SCSI USB
Mouse Teclado
Ponte
ISA
Disco
IDE
Adaptador
Gráfico
Modem Placa de
Som
Impressora
 Conhecemos as estruturas de hardware de um sistema computacional;
 Entendemos o funcionamento dos vários módulos que compõem 
um sistema computacional;
 Conhecemos a organização interna dos computadores;
 Desenvolvemos uma visão crítica sobre os requisitos de 
desempenho associados a um sistema computacional.
Resumo da Disciplina
Interatividade
Qual dos itens abaixo diz respeito a um barramento baseado no processador 8088 
para o IBM PC?
a) ISA
b) PCI
c) USB
d) AGP
e) PCI-X
ATÉ A PRÓXIMA!