Arquitetura-de-Computadores-Aula-1

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Arquitetura de 
Computadores 
Prof. Esp. Sérgio Lima 
Computadores Pessoais 
Ementa 
 Visão geral de arquiteturas e técnicas 
avançadas para construção de 
computadores modernos. 
Justificativa 
 A disciplina de Arquitetura de Computadores 
apresentará ao aluno os conceitos básicos e 
fundamentais sobre como a sua principal 
ferramenta de trabalho, o computador, funciona 
do ponto de vista da execução de programas. 
Compreendendo o funcionamento interno dos 
computadores torna-se mais fácil descobrir as 
limitações, que podem ser encontradas em uma 
determinada família de processadores, para a 
solução de determinado tipo de problema 
computacional. Desse modo o aluno saberá 
escolher a arquitetura mais adequada para cada 
tipo de necessidade. 
Objetivos 
 Geral: 
◦ Capacitar o aluno a compreender o funcionamento de 
computadores atuais. Visão geral de arquiteturas e técnicas 
avançadas para construção de computadores sofisticados que 
impactam os computadores comuns em futuro próximo. 
 Específicos: 
◦ Utilização de famílias específicas de microprocessadores como 
objeto de estudo visando melhor compreensão do aluno. 
◦ Habilitar o aluno a compreender técnicas de projeto e 
organização de microprocessadores. 
◦ Capacitar o aluno a entender o funcionamento geral de 
computadores digitais, assim como ter uma visão abrangente de 
técnicas avançadas utilizadas no projeto de computadores 
modernos. 
◦ Introduzir a programação de microprocessadores em nível de 
máquina. 
Visão Geral 
 O termo arquitetura de um computador 
refere-se aos atributos de um sistema que 
são visíveis para o programador ou, em 
outras palavras, aos atributos que tem 
impacto direto sobre a execução lógica 
de um programa. 
Visão Geral 
 
Atributos de 
Arquitetura 
• CONJUNTO DE INSTRUÇÕES 
• NÚMERO DE BITS USADOS PARA 
REPRESENTAR OS VÁRIOS 
TIPOS DE DADOS (NÚMEROS , 
CARACTERES) 
• OS MECANISMOS DE E/S 
• AS TÉCNICAS DE 
ENDEREÇAMENTO DE MEMÓRIA 
Computadores Pessoais 
 Um computador pode ser visto como um 
sistema formado por um conjunto 
estruturado de componentes, e sua 
função pode ser compreendida em 
termos das funções desses componentes. 
 Cada componente, por sua vez, pode ser 
descrito em termos de sua estrutura e 
função interna. 
Componentes básicos de um 
computador ou Sistema computacional 
 Unidade Central de Processamento – 
CPU 
 Memória Principal - RAM 
 Mecanismos de Interconexão – 
Barramentos 
 Subsistema de Input/Output – Entrada e 
Saída E/S 
Arquitetura de Von Neumann 
 
Funcionamento básico de Von 
Neumann 
 Processo: dados + instruções em uma 
memória comum. 
 Dados inicialmente armazenados no disco 
que deve ser carregados na memória. 
 A CPU busca na memória as instruções 
através da UC. 
 Os dados devem ser trazidos da memória 
para a ULA. 
 O resultado é armazenado na memória e 
o ciclo recomeça. 
Organização básica de um 
computador 
 
Evolução dos computadores 
 É caracterizado pelo aumento da velocidade 
dos processadores, da diminuição dos 
componentes, pelo aumento da capacidade 
de memória e pelo aumento da capacidade e 
da velocidade de E/S. 
 A velocidade do processador tem 
aumentado mais que a velocidade de acesso 
a memória. É necessário empregar técnicas 
para compensar esse desequilíbrio. 
UCP - Componentes fundamentais 
 Unidade de Controle 
 Unidade Aritmética e Lógica 
 Registros (Registradores) 
 Sistemas de Comunicação (Barramentos) 
 
 
UC - Unidade de Controle 
 
 Funções: busca, interpretação e controle de 
execução das instruções, e o controle dos 
demais componentes do computador. 
 Envia ordens de cálculo para a UAL, que 
indica os valores a processar, e os coloca nos 
registradores para esse efeito. 
 A partir da UC a informação é transferida 
para as outras partes que constituem o 
computador, como a memória, os sistemas 
de E/S, etc.. 
 
UC - Unidade de Controle 
 Dispositivos básicos da área de 
controle: 
◦ Unidade de controle (UC) 
◦ Decodificador 
◦ Registrador de instrução (RI) 
◦ Contador de instrução (CI ou PC - Program 
Counter) 
◦ Relógio (Clock) 
◦ Registradores MAR e MBR 
 
UAL - Unidade Aritmética e Lógica 
(ULA) 
 Função: a execução efetiva das instruções. 
 Aglomerado de circuitos lógicos e 
componentes eletrônicos simples que, 
integrados, realizam as operações aritméticas 
e lógicas (soma, subtração, multiplicação, 
divisão, AND, OR, XOR, complemento, 
deslocamento, incremento e decremento). 
 Processadores modernos utilizam mais de 
uma UAL. 
 
Registradores 
 Função: armazenamento de dados e resultados 
que serão usados pela UAL. 
 Servem de memória auxiliar básica para a UAL. 
 Classificação (atual): registradores de uso geral e 
registradores de uso específico. 
 Em geral, os registradores de dados da UCP têm 
uma largura (quantidade de bits que podem 
armazenar) igual ao tamanho estabelecido pelo 
fabricante para a palavra do referido 
processador. 
 A quantidade e o emprego dos registradores 
variam bastante de modelo para modelo de UCP. 
 
Registradores 
• Em função de estarem dentro do processador, 
podem ser lidos e escritos a uma velocidade 
bastante alta. 
• Exemplos: 
 Program Counter (PC): armazena o endereço da próxima 
instrução 
 Registrador de Instruções (IR): armazena instrução que está 
sendo executada. 
 Registradores de uso geral, registradores de segmentos, 
registrador FLAGS (PSW - Program Status Word), ... 
 
Registradores (processadores de 64 
bits) 
 Os registradores do x86 foram estendidos 
para 64 bits e receberam o prefixo “R”. 
 Registrador de 64 bits correspondente ao 
EAX -> RAX. 
 Foram acrescentados mais 8 registradores 
de uso geral: R8-R15. 
 Foram acrescentados 8 registradores XMM: 
XMM8-XMM15 
 O apontador de instrução, EIP, foi ampliado 
também, e agora se chama RIP. 
 Registrador de FLAGS aumentou, embora 
não foram acrescentadas novas flags. 
 
Barramentos 
• Conjunto de fios paralelos que permite a 
transmissão de dados, endereços, sinais de 
controle e instruções 
• Tipos: barramentos internos e externos ao 
processador 
• Memória/processador: o processador lê uma 
instrução ou dado. 
• Processador/memória: o processador escreve 
dados memória. 
• Processor/ES: envia dados para dispositivos. 
• Memória/ES: transferência em ambas as direções. 
Utilização de acesso direto a memória DMA. 
Bibliografia 
 Stallings, William. Arquitetura e 
Organização de Computadores: Projeto 
para o desempenho. 5 ed. São Paulo. 
Prentice Hall, 2002.