aula 02

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Disciplina:
Arquitetura de Computadores
Prof. Rodrigo Fiorin 
UNIDADE 1 TÓPICO 1
1 Cite os elementos básicos da Arquitetura Von Neumann e a função de cada um. 
R.:CPU, memória, barramentos e unidades de entrada e saídas.
 2 Quais as unidades que compõem uma CPU? Qual a principal função de cada unidade? 
R.: Unidades de Controle, Execução e de Lógica e aritmética.
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3 Cite os diversos tipos de memórias e as diferenças entre eles. 
R.: Identificar as memórias Secundárias, Primárias, Memória Cache e Registradores. Nas diferenças entre elas, devem constar as funções de cada memória. 
4 O que é o ciclo de busca e execução? Cite um ciclo de busca e execução do mundo real. 
R.: Por exemplo a construção de uma parede: 
buscar tijolos;
buscar cimento; 
controlar as quantidades ;
 processo da construção;
construir a parede;
parede pronta.
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5 Cite a classificação dos computadores quanto ao seu tamanho e à sua função. 
R.: Mainframes, Computadores de médio porte, Servidor, Minicomputadores, Server Farm, Microcomputadores, Servidor de Rede.
Computador pessoal (PC), Workstation, Supercomputador.
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 1 Efetue a Soma Binária para: 
a) 100011001 + 111110111 = 1100010000 
b) 11100111 + 11111 = 100000110 
c) 111100 + 101100110 = 110100010 
d) 100011111 + 111100110 + 1100101 = 1101101010 
2 Efetue a Subtração Binária para: 
a) 111110111 - 100011001 = 11011110 
b) 11100111 - 11111 = 11001000 
c) 101100110 - 111100 = 100101010 
d) 100000011 - 1111110 = 10000101 
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UNIDADE 1 TÓPICO 2
3 Efetue a Multiplicação Binária para: 
a) 111110111 * 1001 = 1000110101111 
b) 11100111 * 111 = 11001010001 
c) 101100110 * 110 = 100001100100 
d) 100000011 * 101 = 10100001111 
4 Efetue a Divisão Binária para: 
a) 111101111 / 1001 = 110111 
b) 11100111 / 111 = 100001 
c) 101100010 / 110 = 111011 
d) 100000010 / 10 = 10000001
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UNIDADE 1 TÓPICO 3
1 A previsão do tempo nos diz que irá chover somente se o tempo estiver nublado E frio E com alto grau de umidade. 
R.: A = Tempo nublado 
B = Frio 
C = Alto grau de umidade 
Chover = (A * B * C)
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2 Manuel vai à praia se tiver dinheiro E se o tempo estiver ensolarado. OU então se ele tiver dinheiro E o tempo não estiver ensolarado, ele também vai poder ir à praia. Outra forma de Manuel ir para a praia será se alguém o convidar. 
R.: A = Ter dinheiro 
B = Tempo ensolarado 
C = Alguém o convidar para ir à praia 
Praia = (A * B) + (A * B') + C 
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3 Alberto quer um computador novo. Porém, ele somente conseguirá um computador novo se trabalhar durante o dia OU se economizar a mesada. Outra forma de ele comprar o computador será não trabalhando, porém, terá que pedir dinheiro ao pai E mesmo assim economizar. 
R.: A = Trabalhar durante o dia 
B = Economizar a mesada 
C = Pedir dinheiro ao pai 
Computador novo = (A + B) + (A’ * (C * B))
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4 Você chegará à Uniasselvi se vier de ônibus OU de carro E jamais poderá vir com ambos. 
R.: A = Vir de ônibus 
B = Vir de carro 
Chegar à Uniasselvi = ( A + B ) * ( A * B )’ 
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5 Para aprender matemática booleana o aluno deverá prestar atenção nas aulas E resolver os exercícios E corrigi-los com os colegas. 
R.: A = Prestar atenção às aulas 
B = Resolver os exercícios 
C = Corrigir com os colegas 
Aprender = ( A * B * C )
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6 Uma pessoa terá saúde se tiver uma alimentação saudável OU estiver fazendo exercícios físicos e exames e medicamentos regulares. 
R.: A= Ter uma boa alimentação 
B = Fazer exercícios 
C = Ir ao médico 
Saúde = A + (B * C)
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7 Crie a tabela verdade para as expressões binárias abaixo. Para resolução das questões abaixo, siga a tabuada binária: 
A * B * C 
(A + B) + C 
(A + B) * (C * D) 
(A + B') + C’ 
R: http://www.calculadoraonline.com.br/tabela-verdade
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UNIDADE 1 TÓPICO 4
1 Cite quais as portas lógicas mais utilizadas na eletrônica digital e na formação dos microprocessadores.
R.: Portas lógicas OR, AND, NOT, NOR, NAND, XOR, XNOR.
 
2 Quais as semelhanças entre as portas lógicas e os operadores booleanos? 
R.: Por exemplo, a porta lógica AND é a operação booleana de multiplicação, a porta lógica OR é a operação booleana de soma;
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3 Comente sobre a tabela verdade das portas XOR e XNOR. Diga como as saídas de cada combinação binária são formadas. 
R.: A porta XOR • Nível ALTO na saída somente quando as 2 entradas são diferentes entre si! 
A porta XNOR • Para a porta XNOR, teremos o resultado 1 somente quando as 2 entradas forem iguais (exatamente o inverso da XOR)!
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4 Qual é a pergunta lógica que podemos responder utilizando as portas lógicas AND, OR, NAND, NOR, XOR e XNOR? 
R.: AND → Qual a multiplicação? 
OR → Qual a soma? 
NOT → Negar a saída. 
NOR → "Todas as ENTRADAS são ZERO?" 
NAND → "Pelo menos uma das ENTRADAS é ZERO?“
XOR → "Todas as ENTRADAS são IGUAIS?“
 XNOR → "Todas as ENTRADAS são DIFERENTES?"
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5 Comente se você considera ser possível a representação de expressões binárias através de portas lógicas. Justifique sua resposta. 
R.: Com a utilização adequadas das portas lógicas é possível implementar todas as expressões geradas pela álgebra de Boole.
Uma variável booleana também só assume um dos dois estados permitidos (0 ou 1)
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UNIDADE 1 TÓPICO 5
1 O que é um circuito digital? 
R.: Os circuitos digitais ou circuitos lógicos são definidos como circuitos eletrônicos que empregam a utilização de sinais elétricos em apenas dois níveis de corrente (ou tensão) para definir a representação de valores binários
2 Qual a constituição básica de um CI? 
R.: O chip também é conhecido por CI (Circuito Integrado) ou microchip. Basicamente um chip é um circuito eletrônico muito pequeno composto por milhares (algumas vezes passando de 1 bilhão de transístores – como nos processadores mais modernos).
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3 Descreva a relação entre CI <--> Portas Lógicas <--> Expressões Binárias. 
R.: Pode-se estabelecer algumas semelhanças entre as expressões binárias e as expressões matemáticas. Sabe-se que determinados valores de entrada nas expressões matemáticas geram determinados valores de saída. Em resumo, dizemos que as saídas dependem das entradas. O mesmo ocorre com as expressões binárias, onde os bits de entrada vão resultar nas saídas subsequentes. 
4 Descreva a funcionalidade de um CI Somador. 
R.: O(A) acadêmico(a)
 deverá descrever o circuito apresentado no item 3.1 comentando sobre como as entradas binárias são transformadas nas saídas.
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O circuito que implementa as equações acima é chamado meio somador, e pode ser construído com uma porta EXCLUSIVE OR e uma porta AND 
4 Descreva a funcionalidade de um CI Somador. 
Esse circuito, porém, aplica-se apenas à soma de dois bits Xi e Yi isoladamente. Para efetuar-se somas completas, levando-se em consideração os demais bits que constituem os números X e Y, cada um dos bits “vai um” Vai deverá ser somado aos dígitos mais significativos Xi+1 e Yi+1.
É comum denominar-se o “vai-um” gerado pela soma de Xi e Yi por “vem-um” (Vei+1), a ser acrescentado à soma Xi+1+Yi+1.
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Somador completo
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5 Descreva a funcionalidade de um CI Multiplexador. 
R.: Um multiplexador (abreviação: MUX), por vezes denominado pelos anglicismos multiplexer ou multiplex, é um dispositivo que seleciona as informações de duas ou mais fontes de dados num único canal. São utilizados em situações onde o custo de implementação de canais separados para cada fonte de dados é maior que o custo e a inconveniência de utilizar as funções de multiplexação/demultiplexação. 
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6 Descreva a funcionalidade de um CI Decodificador. 
R.: Decodificador é um circuito combinatório, que tem o papel do inverso do codificador, isto é, converte um código binário de entrada (natural , BCD,...) de N bits de entrada em M linha de saída (em que N pode ser qualquer inteiro e M é um inteiro menor ou igual a 2N), de modo que cada linha de saída será ativada por uma única combinação das possíveis de entrada.
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Na Unidade 2 do caderno de estudos é apresentada a “Arquitetura Principal do Computador, composta pelo processador e memórias”.
Neste vídeo vamos tratar de algumas característicasimportantes sobre a Arquitetura dos “Processadores”, e que podem gerar dúvidas.
O processador, chamado de CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento), que já foi apresentado na Unidade 1, é o principal componente de uma arquitetura computacional (ou seja, de um computador). 
Unid. 2 Tóp. 1 - Introdução 
Função básica da CPU:
buscar dados e instruções, contidos na memória;
descobrir, através das instruções do programa que está sendo executado, qual o tipo de procedimento que deve ser executado com esses dados;
executar o(s) procedimento(s);
retornar os resultados para algum destino pré-definido.
Unid. 2 Tóp. 1 - Introdução 
Os processadores podem ser classificados de acordo com seu grau de “Integração”, que leva em consideração o número de transistores (componentes eletrônicos) existentes num único CI (Circuito Integrado).
O número de transistores influi na velocidade e quantidade de operações que o processador pode executar num período de tempo. Conclui-se que quanto mais transistores estiverem integrados no processador, maior seu poder de processamento e velocidade.
É interessante conhecer a evolução dos componentes eletrônicos que formam os computadores, com relação a datas de lançamento e tamanhos físicos. 
Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
Já em 1946 foi lançado o ENIAC, primeiro computador digital eletrônico, sendo constituído por 17.500 válvulas eletrônicas.
1955 foi lançado o transistor, componente eletrônico que veio substituir a válvula, reduzindo o tamanho físico dos equipamentos
1965 foi lançado o CI (Circuito Integrado), que poderia ter internamente alguns transistores, ou até 100.000 deles (ou mais).
1981 iniciou a miniaturização dos CI´s.
Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
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Evolução dos processadores em relação ao número de transistores.
Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
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Característica muito importante dos sistemas computacionais, que é o padrão de projeto e construção dos processadores.
Essa característica influencia no desempenho do computador, na forma e facilidade (ou dificuldade) para programar o sistema e na arquitetura geral do sistema computacional.
2 padrões de arquitetura interna dos processadores mais utilizados na construção dos mesmos. São eles:
Arquitetura CISC
Arquitetura RISC
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
CISC (em Inglês, Complex Instruction Set Computer) - significa em português, Computador com Conjunto Complexo de Instruções.
Isso quer dizer que um processador com arquitetura CISC disponibiliza um grande número de instruções, instruções simples e instruções complexas. Dessa forma, os desenvolvedores conseguem criar seus programas (softwares) de forma mais simplificada e versátil.
Essa é uma vantagem para os desenvolvedores que podem utilizar-se das instruções diversificadas e poderosas disponíveis no CISC. 
Os desenvolvedores podem criar programas e aplicações complexas, num espaço de tempo otimizado.
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
Os processadores CISC possuem um grande número de circuitos internos para que as instruções complexas possam ser executadas. 
Por isso são processadores maiores que os RISC; possuem maior consumo de energia elétrica e tem maior dissipação de potência (calor gerado pelo processador).
Os processadores CISC são utilizados em computadores que adotam a arquitetura de Von Neumann, apresentada na Unidade 1 do caderno de estudos.
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
Componentes da arquitetura no computador de Von Neumann :
Um processador;
Um sistema de memória; com barramento único para os dados e para as instruções do programa.
Um sistema de I/O (entradas e saídas)
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
Ótimo... Já vimos os processadores CISC. Agora vermos os processadores com arquitetura RISC (em Inglês, Reduced Instruction Set Computer), que significa em português, Computador com Conjunto Reduzido de Instruções.
Um processador RISC disponibiliza um número pequeno de instruções, e somente instruções simples. Já podemos concluir então..... que para os desenvolvedores criarem programas complexos fica mais difícil, e precisam investir mais tempo.
Essa é uma desvantagem dos RISC, no entanto, seu desempenho é superior. Como as instruções são mais simples, o tempo para executar as mesmas é muito menor, tornando o processador muito rápido.
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
Processadores RISC possuem um número reduzido de circuitos internos, porque as instruções são simples e reduzidas. Por isso são processadores menores que os CISC, menos caros, com menor consumo de energia e menor dissipação de potência (menos calor).
RISC são utilizados em computadores que adotam a arquitetura de Harward, que difere da arquitetura de Von Neumann. 
Os RISC possuem sistema de memória de dados independente do sistema de memória de instruções (programa). Isso viabiliza “pipelining”, ou seja, enquanto uma instrução está sendo executada, a seguinte já está sendo lida. Dessa forma, a utilização do tempo é otimizada e o desempenho aumenta.
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
Componentes da arquitetura no computador de Harward :
Um processador (ALU+Control Unit)
Dois sistemas de memória; com barramentos independentes para os dados e para as instruções do programa.
Um sistema de I/O (entradas e saídas)
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
No mercado, os processadores mais encontrados em computadores pessoais tipo “Desktop” e “Notebook” são dos fabricantes Intel e AMD, sendo que todos usam arquitetura CISC.
Os processadores com arquitetura RISC são mais utilizados em computadores tipo “Workstation”, que devem apresentar desempenho muito maior do que computadores pessoais. O sistema operacional normalmente utilizado é o UNIX.
RISC também é o muitutilizado em microcontroladores. Estes são usados em equipamentos como máquinas de lavar roupa e lavar louça, geladeiras, televisões, micro-ondas e demais equipamentos inteligentes.
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
Década de 70  IBM foi o primeiro fabricante a colocar no mercado uma arquitetura de processador usando RISC, e chamou de POWER (Performance Optimized With Enhanced RISC), que significa “performance otimizada com RISC melhorado”.
Essa tecnologia foi implementada inicialmente na primeira “Workstation” IBM RS/6000 (chamada RISC SYSTEM/6000).
Para o mercado de computadores pessoais, a arquitetura RISC começou a ser usada em 1990, nos processadores POWER PC da Apple, IBM e Motorola.
Hoje em dia existem os processadores híbridos, que utilizam simultaneamente as arquiteturas CISC e RISC, sendo chamados de processadores CRISC.
Unid. 2 Tóp. 1 – Arquiteturas CISC e RISC 
Já vimos que existem 2 arquiteturas mais utilizadas, a arquitetura de Von Neumann e a arquitetura de Harward. 
Nós vamos utilizar como base para nossos estudos a arquitetura de Von Neumann, por ter sido a primeira a ser desenvolvida e largamente utilizada até hoje.
A arquitetura computacional proposta pelo engenheiro John von Neumann é simples, composta por 3 blocos ou componentes que são a CPU, a memória principal e o sistema de I/O (Entrada/Saída). Interligando os componentes existem os barramentos....
Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
Os blocos da arquitetura Von Neumann:
Unid. 2 Tóp. 2 – introdução 
O funcionamento do computador é baseado no conceito de programa armazenado, na execução sequencial das instruções deste programa, e na existência de só um percurso entre CPU e memória. 
A arquitetura de von Neumann possui os seguintes ciclos de máquina para seu funcionamento:
Fetch – refere-se a busca de 1 instrução na memória e seus parâmetros (dados), passando essas informações para a CPU. O endereço da memória é apontado pelo registrador PC(program conter).
Decode – refere-se aos passos para fazer a decodificação da instrução pela UE, enviando de forma adequada para ser executada pela ULA.
Execute – é executadaefetivamente a instrução pela ALU em conjunto com a UE, tendo o gerenciamento feito pela UC.
Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
Os ciclos de máquina da arquitetura Von Neumann são executados de forma cíclica até que o programa finalize.
Unid. 2 Tóp. 2 – introdução 
Exemplo de sequencia dos processos envolvidos no ciclo de Fetch, Decode e Execute:
Buscar a instrução na memória, cujo endereço está sendo informado pelo registrador PC (program counter) , e carregar no registrador RI(registrador de instrução);
Mudar o PC para ficar apontando o endereço da próxima instrução;
Decodificar a instrução, determinar seu tipo, se precisa de operandos (dados), ou não.
Caso a instrução precisar de operandos (dados), buscar os mesmos na memória;
Carregar os dados nos registradores;
Executar a instrução;
Armazenar os resultados na memória.
Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
Arquitetura interna do processador em detalhes.
Unid. 2 Tóp. 2 - Introdução 
Unidade de controle - tem como responsabilidade gerenciar a sincronia da movimentação de dados e instruções dos programas da memória para a CPU, e vice-versa. Também controla todas as ações da CPU e o sincronismo com o sistema de I/O (Entrada/Saída).
A unidade de controle pode ser dividida em três partes que são: 
o “registrador de instruções” que armazena a instrução a ser executada;
o “decodificador” cuja função é decodificar a instrução recebida e passar para a UC propriamente dita;
a “unidade de controle” que gera todos os sinais elétricos de controle internos e externos à CPU.
Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade de Controle (UC) 
Unidade de execução - tem a função de realizar as atividades relacionas com o processamento efetivo, a execução de 1 operação.
Na UE existem registradores internos, que são pequenas memorias temporárias, com capacidades que variam de 8 a 256 bits. Quando é dito que um processador tem tecnologia de 64 bits, por exemplo, isso quer dizer que os registradores internos conseguem trabalhar com palavras de até 64 bits. 
Uma CPU possui vários registradores internos, sendo que alguns são usados para armazenar dados de uso geral, e outros são usados para armazenar dados específicos para o funcionamento da CPU. Mais a frente vamos estudar os principais RI´s.
Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade de Execução (UE) 
Unidade Lógica e Aritmética - nada mais é do que um conjunto de circuitos lógicos simples que, interligados conforme um projeto específico, são responsáveis por efetuar as operações matemáticas com os dados binários. As operações básicas são:
adição, subtração, multiplicação e divisão;
complemento 2, incremento e decremento;
operações lógicas como AND, OR e Exclusive OR;
rotações de bits à esquerda e à direita (utilizadas em processamento rápido de informações binárias).
Unid. 2 Tóp. 2 – Unidade Lógica-Aritmética (ULA) 
Os registradores  são memórias de pequena capacidade, mas de alta velocidade que ficam dentro da CPU. Possuem velocidade de acesso às informações bem superior às memórias RAM.
Eles tem a função de armazenar dados ou instruções, de forma temporária, para serem utilizados pela CPU.
RI´s também armazenam de forma temporária o resultado de alguma operação realizada na ULA, para que possa ser usado mais a frente, ou simplesmente para que seja transferido para a memória RAM.
Existem registradores com funções específicas, ou seja, são usados somente para informações com um determinado objetivo, como o PC (program counter) por exemplo. Vamos conhecer alguns destes em seguida.
Unid. 2 Tóp. 2 – Registradores 
O registrador de instrução (RI) fica dentro da unidade de controle.
Ele tem a função de receber uma cópia da instrução a ser executada pela CPU, instrução essa que está armazenada no endereço de memória apontado pelo PC (Program Counter).
Funciona da seguinte maneira:
quando inicia o ciclo de Fetch (busca), a UC gera um sinal de controle que vai realizar uma leitura na memória, no endereço apontado pelo PC, para buscar a instrução;
através dos registradores RE (endereço) e RD (dados), o conteúdo da memória será copiado e armazenado no RI.
Unid. 2 Tóp. 2 – Registrador de Instrução (RI) 
Arquitetura interna do processador em detalhes.
Unid. 2 Tóp. 2 – Registrador de Instrução (RI) 
O registrador chamado PC (ou Program Counter), tem a função de informar o endereço de memória onde está a próxima instrução a ser executada pela CPU.
Assim que a instrução é armazenada no RI, a CPU atualiza o conteúdo do PC para que ele aponte para a próxima instrução do programa.
Assim, vai seguindo o ciclo de máquina.... Fetch, Decode e Execute... Até o programa chegar ao seu final por algum motivo...
Unid. 2 Tóp. 2 – Contador de Programa (PC) 
810741199385533
Lavf56.40.101