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@yaskaramenescal UFERSA -RN Funcionamento Interno dos Computadores (CPU e Memória) Profa. M.Sc. Yáskara Menescal UNIVERSIDADE.

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1 @yaskaramenescal UFERSA -RN Funcionamento Interno dos Computadores (CPU e Memória) Profa. M.Sc. Yáskara Menescal UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO – UFERSA DEPERTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS

2 @yaskaramenescal UFERSA -RN Objetivos Identificar os componentes da unidade central de processamento e explicar como eles funcionam em conjunto e como interagem com a memória. Descrever como as instruções de programa são executadas pelo computador. Explicar como os dados são representados no computador. Descrever como o computador localiza instruções e dados. 2

3 @yaskaramenescal UFERSA -RN O que é um Computador ? 3

4 @yaskaramenescal UFERSA -RN Estrutura do computador 4 Os computadores atuais são dispositivos eletrônicos que, sob direção e controle de um programa, executam quatro operações fundamentais: Entrada (Input) Processamento (Processing) Saída (Output) Armazenamento (Storage)

5 @yaskaramenescal UFERSA -RN Estrutura do computador 5

6 @yaskaramenescal UFERSA -RN Entrada Entrada: são os dados colocados no computador para ser processados. Dispositivos de entrada comuns: –Teclado –Mouse –Scanner 6

7 @yaskaramenescal UFERSA -RN Saída Saída: o resultado produzido pela CPU. Formas comuns de saída: texto, números, gráficos e sons. Dispositivos comuns de saída: –Tela (monitor): pode exibir texto, números, fotografias e até mesmo vídeo, totalmente em cores. –Impressora: produz relatórios impressos conforme as instruções de um programa. 7

8 @yaskaramenescal UFERSA -RN Armazenamento de Dados Dois tipos de armazenamento: –Armazenamento secundário: Armazenamento de longo prazo. Armazenado em mídia externa; por exemplo, um disco. –Armazenamento primário (memória): Armazena dados temporariamente. A CPU referencia-o tanto para obtenção de instruções de programa como de dados. 8

9 @yaskaramenescal UFERSA -RN Armazenamento Secundário Provê armazenamento em longo prazo: –Separado da memória. Mídias comuns: –Discos magnéticos –Discos ópticos –Fita magnética 9

10 @yaskaramenescal UFERSA -RN Armazenamento Primário Usado para guardar dados temporariamente: –Depois que eles são recebidos do dispositivo de entrada e antes de serem processados. –Depois que eles são processados e antes de serem liberados para o dispositivo de saída. Armazenamento temporário (volátil): –Os dados contidos na memória se perdem se a energia cair ou se o programa for fechado. 10

11 @yaskaramenescal UFERSA -RN Memória Também conhecida como armazenamento primário e memória principal. –Freqüentemente expressa como memória de acesso aleatório (RAM). –Não faz parte da CPU. Retém dados e instruções para serem processados. Armazena informações somente enquanto o programa está em operação. 11

12 @yaskaramenescal UFERSA -RN Endereços da Memória Cada localização de memória tem um endereço: –Um número único, como em uma caixa postal. Pode conter somente uma instrução ou peça de dados: –Quando dados são reescritos na memória, o conteúdo anterior desse endereço é destruído. Referenciado pelo número: –As linguagens de programação usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas ou Salário. 12

13 @yaskaramenescal UFERSA -RN Exemplo 13

14 @yaskaramenescal UFERSA -RN Representação de Dados Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado. Dados são representados na forma binária: –Sistema numérico binário (base 2). –Contém somente 2 dígitos: 0 e 1. Corresponde a dois estados: ligado e desligado. 14

15 @yaskaramenescal UFERSA -RN Representando Dados Bit Byte Palavra 15

16 @yaskaramenescal UFERSA -RN Bit Abreviação de binary digit (dígito binário). –Dois valores possíveis: 0 e 1. –Nunca pode estar vazio. Unidade básica para armazenar dados: –0 significa desligado; –1 significa ligado 16

17 @yaskaramenescal UFERSA -RN Byte Um grupo de 8 bits. Para texto, armazena um caractere: –Pode ser letra, dígito ou caractere especial. Dispositivos de memória de armazenamento são medidos em número de bytes. 17

18 @yaskaramenescal UFERSA -RN Palavra O número de bits que a CPU processa como uma unidade. –Tipicamente, um número inteiro de bytes. –Quanto maior a palavra, mais potente é o computador. –Computadores pessoais tipicamente têm 32 ou 64 bits de extensão de palavras. 18

19 @yaskaramenescal UFERSA -RN Memória Cache Um pequeno bloco de memória de alta velocidade: –Armazena os dados e as instruções usados com mais freqüência e mais recentemente. O microprocessador procura primeiramente na cache os dados de que necessita: –Transferidos da cache muito mais rapidamente do que da memória. –Se não estiverem na cache, a unidade de controle recupera-os da memória. Quanto mais presença de dados na cache, mais rápido é o desempenho do sistema. 19

20 @yaskaramenescal UFERSA -RN Memória Cache Processador Cache RAM 20

21 @yaskaramenescal UFERSA -RN Registradores Áreas de armazenamento temporário de alta velocidade. –Localizações de armazenamento situadas dentro da CPU. Funcionam sob direção da unidade de controle: –Recebem, guardam e transferem instruções ou dados. –Controlam onde a próxima instrução a ser executada ou os dados necessários serão armazenados. 21

22 @yaskaramenescal UFERSA -RN Registradores UC- Unidade de controle ULA- Unidade lógica e aritmética controle Registradores AB CD CIRI Unidade Central de Processamento - CPU RI- registrador de instruções CI- contador de instruções 22

23 @yaskaramenescal UFERSA -RN Registradores 23

24 @yaskaramenescal UFERSA -RN O Processador Centro de atividade do computador –Consiste em circuitos elétricos: Interpreta e executa instruções de programa. Comunica-se com os dispositivos de entrada, saída e armazenamento. Transforma dados, de fato, em informação 24

25 @yaskaramenescal UFERSA -RN Unidade Central de Processamento (CPU) Conjunto complexo de circuitos eletrônicos. Executa instruções de programa armazenadas. Duas partes: –Unidade de controle –Unidade aritmética e lógica (ALU) 25

26 @yaskaramenescal UFERSA -RN Unidade de Controle Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas. Deve comunicar-se com a memória e com a ALU. Envia dados e instruções do armazenamento secundário para a memória, quando necessário. 26

27 @yaskaramenescal UFERSA -RN Unidade Aritmética e Lógica Executa todas as operações aritméticas e lógicas. Operações aritméticas: –Adição, subtração, multiplicação, divisão. Operações lógicas: –Compara números, letras ou caracteres especiais. –Testa uma de três condições: Condição de igualdade (igual a) Condição menor que Condição maior que 27

28 @yaskaramenescal UFERSA -RN A CPU e a Memória A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada: –Primeiramente, eles devem residir na memória. –A unidade de controle recupera dados do disco e transfere-os para a memória. 28

29 @yaskaramenescal UFERSA -RN A CPU e a Memória Itens enviados à CPU para ser processados: –A unidade de controle envia itens à CPU e depois os envia novamente à memória após serem processados. Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado 29

30 @yaskaramenescal UFERSA -RN Como a CPU Executa Instruções Quatro etapas são executadas para cada instrução: –A unidade de controle recebe a instrução da memória e a coloca em um registro. – A unidade de controle decodifica a instrução e determina qual é a localização na memória para os dados necessários. 30

31 @yaskaramenescal UFERSA -RN Como a CPU Executa Instruções A unidade de controle transfere dados da memória para registros na ALU. –A ALU executa instruções relativas aos dados. A unidade de controle armazena o resultado da operação na memória ou em um registro. 31

32 @yaskaramenescal UFERSA -RN O Ciclo da Máquina 32

33 @yaskaramenescal UFERSA -RN Barramentos 33

34 @yaskaramenescal UFERSA -RN Conceito é um conjunto de condutores elétricos em um computador que permite a comunicação entre vários componentes do computador, tais como, o CPU, memória, unidades E/S. 34

35 @yaskaramenescal UFERSA -RN Barramentos de endereços Conjunto de linhas (ligações físicas) que transportam o endereços das células de memória ou das portas de entrada e saída. 35

36 @yaskaramenescal UFERSA -RN Barramentos de dados Conjunto de linhas (ligações físicas) por onde se transporta a informação digital binária (instruções, dados, resultados) entre o CPU, memória e I/O (bidirecional). 36

37 @yaskaramenescal UFERSA -RN Barramentos de controle indica à memória ou dispositivos de E/S (I/O) se a CPU deseja fazer uma operação de leitura ou escrita. 37

38 @yaskaramenescal UFERSA -RN Exemplo: funcionamento interno CPU/Memória O processador está executando um programa e buscou a seguinte instrução: –some #0 e #2 e guarde o resultado em #3 onde #0 e #2 são endereços de memória –onde se encontram os valores a serem somados –supondo que #0 contém o número 13 #2 contém o número 20 38

39 @yaskaramenescal UFERSA -RN 39

40 @yaskaramenescal UFERSA -RN 40

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45 @yaskaramenescal UFERSA -RN Apresente valor armazenado no endereço de memória 3 na tela do computador. 45

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47 @yaskaramenescal UFERSA -RN Conclusões Componentes da CPU; Como eles funcionam juntos e interagem com a memória; Dados são representados no computador; Computador localiza dados e instruções 47

48 @yaskaramenescal UFERSA -RN Referências H. L Capron & J. A. Jonson, Introdução à informática, ISBN , Editora Pearson Prentice Hall, 8a Edição, NORTON, P. Introdução à Informática. Makron Books TANENBAUM, Andrew S. Organização estruturada de computadores, Editora Pearson Prentice Hall 5a Edição,


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