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.
2
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.
3
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) A * B * C 
b) (A + B) + C 
c) (A + B) * (C * D) 
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 “ArquiteturaPrincipal do Computador, composta pelo processador e memórias”.
• Neste vídeo vamos tratar de algumas características importantes 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:
1) buscar dados e instruções, contidos na memória;
2) descobrir, através das instruções do programa que está sendo
executado, qual o tipo de procedimento que deve ser executado com
esses dados;
3) executar o(s) procedimento(s);
4) 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 
30
• Evolução dos processadores em relação ao número de transistores.
 Unid. 2 Tóp. 1 – Chips 
32
33
• 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:
1) Arquitetura CISC
2) 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 :
1) Um processador;
2) Um sistema de memória; com barramento único para os dados e para
as instruções do programa.
3) 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 :
1) Um processador (ALU+Control Unit)
2) Dois sistemas de memória; com barramentos independentes para os
dados e para as instruções do programa.
3) 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:
1) 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 apontadopelo registrador PC(program conter).
2) Decode – refere-se aos passos para fazer a decodificação da instrução
pela UE, enviando de forma adequada para ser executada pela ULA.
3) Execute – é executada efetivamente 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:
1) Buscar a instrução na memória, cujo endereço está sendo informado
pelo registrador PC (program counter) , e carregar no registrador
RI(registrador de instrução);
2) Mudar o PC para ficar apontando o endereço da próxima instrução;
3) Decodificar a instrução, determinar seu tipo, se precisa de operandos
(dados), ou não.
4) Caso a instrução precisar de operandos (dados), buscar os mesmos na
memória;
5) Carregar os dados nos registradores;
6) Executar a instrução;
7) 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:
1) o “registrador de instruções” que armazena a instrução a ser
executada;
2) o “decodificador” cuja função é decodificar a instrução recebida e
passar para a UC propriamente dita;
3) 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:
1) adição, subtração, multiplicação e divisão;
2) complemento 2, incremento e decremento;
3) operações lógicas como AND, OR e Exclusive OR;
4) 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:
1) 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;
2) 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)