Arquitetura Básica de um Computador

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1 Arquitetura Básica de um Computador

2 O Computador Tipos analógico => grandezas contínuas
ex: termômetro digital => pulsações elétricas (0V, +5V) ex: calculadora bit - menor unidade de informação (“binary digit”) 0 = apagado/desligado/desativado/não 1 = aceso/ligado/ativado/sim 1 byte = 8 bits 1 KB = 1 quilobyte = 1024 bytes

3 Unidade Lógica e Aritmética
Organização Básica Memória Unidade de Entrada Unidade de Controle Unidade de Saída Unidade Lógica e Aritmética Unidade Central de Processamento

4 Arquitetura de Computadores
Unidade Central de Processamento (UCP) Composta de: Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Unidade de Controle

5 Arquitetura de Computadores
Unidade de Controle local onde os códigos (instruções), que representam as operações a serem realizadas, são identificados, e possibilitam que os dados sejam obtidos da memória; código de operação: identifica a operação a ser feita (MOV - copia conteúdo de um operando para outro; ADD - faz soma entre 2 operandos; SUB - subtração, etc). código de operando: dados necessários à execução da operação (dados ou endereço para outro local - registrador).

6 Arquitetura de Computadores
Linguagens de Máquina Especificação de uma operação básica (primitiva) que o hardware é capaz de realizar (executar) diretamente Formato: Código de operação + código de operandos Número de operandos: 0, 1, 2, 3, ... O operando pode indicar o valor ou um endereço onde se encontra o valor Código da Operação Operando 1 Operando 2

7 Ciclo da Instrução Ciclo de busca Ciclo de Execução
Buscar a próxima instrução na memória Incrementar o CP (Contador de Programa) a cada instrução executada Ciclo de Execução Interpretar a instrução Trazer (se for o caso) os operandos para a UCP Executar a operação Armazenar (se for o caso) os dados de saída (em registradores) Atualizar (se for o caso) o CP - contador de programa Repetir o processo com uma nova instrução

8 Tradutores Montador Compilador Interpretador
converte programas em ling. montada (Assembly) para ling. de máquina; Compilador converte programas em ling. de alto nível para ling. de máquina; Interpretador mesma função do compilador, só que vai executando linha a linha. Não gera um executável, interpreta o programa somente para executar naquele momento.

9 Compilação x Montagem Ler A, B X = A + B se X >= 0 imprimir X GET A
GET B LDA A ADD B STA X JN FIM PRT X FIM HLT Ling. de Alto Nível Compilação b b b b b b Montagem Ling. Montada (Assembly) Ling. de Máquina

10 Sistemas de Aplicação: Tradução
Linguagem de Alto Nível “Programa Fonte” Tabela de Instruções de Máquina Tradutor (Compilador ou Interpretador) Bibliotecas Linguagem de Máquina “Executável”

11 Sistemas de Aplicação: Execução
Código executável (Armazenado em disco) Carregamento na Memória Principal Execução

12 Arquitetura de um Sistema de Computação
Aplicações & Utilitários Sistema Operacional Basic Input Output System (BIOS) Hardware

13 Arquitetura de Computadores
ULA operações aritméticas (+,-,*,/) e lógicas (OR, AND, NOT) Tabelas verdade A 1 B 1 A OR B 1 A AND B 1 NOT A 1

14 Arquitetura de Computadores
Memória Principal (RAM) Armazenar temporariamente dados e programas que estão sendo processados. Todo programa sendo processado deve ser carregado para a memória. Armazena na forma de bits 1 byte = 8 bits 1 KB = 1 quilobyte = 1024 bytes 1 MB = 1 megabyte = 1024*1024 bytes 1 GB = 1 gigabyte = 1024*1024*1024 bytes Ex: 64MB de memória = bits

15 Arquitetura de Computadores
RAM (“Random Access Memory”) memória volátil de leitura e escrita. As informações são perdidas caso o sistema de alimentação seja interrompido; ROM (“Read Only Memory”) memória não-volátil apenas de leitura. Seu conteúdo é gravado no processo de fabricação; PROM (“Programable ROM”) pode ser gravada apenas uma vez, após sua fabricação; EPROM (“Erasable PROM”) pode ser apagada e regravada várias vezes.

16 Arquitetura de Computadores
Memória Secundária Ex: HD (“Hard Disk”)/disco rígido/whinchester, Disquete 3,5”, CD-ROM, ZIP DRIVE (JAZZ), Fita DAT, Pendrive Armazena bits para representar caracteres: Ex: códigos ASCII (Windows) e EBCDIC (UNIX)

17 Arquitetura de Computadores
Tipos de memória: Disco magnético (HD): cabeças de gravação lêem ou gravam dados no revestimento magnético do disco (2 lados). Os discos são organizados em trilhas e setores; Discos óticos (CD - “Compact Disks”): os dados são gravados por meio de inserções de variações na superfície reflexiva. Um feixe laser lê estas irregularidades percorrendo uma espiral; Unidade de fita: a informação é registrada sobre uma película de material magnético;

18 Arquitetura de Computadores
Periféricos Entrada: teclado, mouse, unidades de disco, scanner, microfone, leitoras óticas, sensores, webcam, etc. Saída: monitor, impressora, plotters, alto-falantes, etc.

19 Organização de um Sistema de Computação
Memória Principal Dispositivos de Armazenamento Dispositivos de Entrada e Saída Discos Impressora Monitor Outros Unidade Central de Processamento ou Processador Via de Comunicação (Barramentos)

20 ... Organização de um SC UCP ULA: Unidade Lógica e Aritmética
ACC: Acumulador RI: Registrador de Instrução CP: Contador de Programa REM: Registrador de End. de Memória RDM: Registrador de Dados de Memória UCP Regis- tradores de Uso Geral Cache L1 ULA ACC RI CP Memória Cache L2 Memória Principal Decodificador de Instruções ... Unidade de Controle Dispositivos de E/S REM RDM BD Barramento de dados BE Barramento de endereços BC Barramento de controle

21 Arquitetura de Computadores
Tipos de computadores Supercomputadores (grande capacidade de processamento, paralelismo - executa tarefas em paralelo, voltados para pesquisas científicas): CRAY Mainframes (grande porte, centenas de usuários acessando): IBM, DEC, UNISYS Minicomputadores (versão menor dos mainframes, vários usuários) Microcomputadores (potência limitada, 1 usuário): PC - personal computer. Cluster: Agrupamento de computadores agregando uma grande capacidade de processamento.

22 Arquitetura de Computadores
Quanto ao número de processadores monoprocessamento: apenas 1 processador, 1 memória principal, vários programas podem compartilhar o mesmo processador (ex: “time-sharing” - cada programa tem um tempo para usar o processador - na verdade, em um ‘instante’ o processador só esta sendo usado por um programa, mas ele executa pedaços de instruções de vários programas rapidamente, então parece que executa ao mesmo tempo, mas isso não acontece); multiprocessamento: mais de um processador, podem compartilhar memória ou não, podem executar vários programas ao mesmo tempo ou dividir um programa entre eles.

23 Memórias Memória cache: Memória Principal:
SRAM ou Static Random Access Memory. Memória Principal: DRAM ou Dynamic RAM: Encapsulamento: SIMM (Single In-Line Memory Module): 30 pinos (8 bits): quatro módulos para 386 e 486. 72 pinos (32 bits): dois módulos para Pentium. DIMM (Dual In-Line Memory Module): de 168 pinos (64 bits): um módulo para Pentium.

24 Componentes Físicos Proteção do Sistema: No-break: Estabilizador:
Alimenta o sistema em caso de falta de energia elétrica. Utiliza baterias. Fornece energia estabilizada e filtrada. Utilizar apenas em aplicações críticas ou em locais com freqüentes faltas de energia. Estabilizador: Fornece proteção contra variações de voltagem. Inclui o filtro de linha. Filtro de linha: Elimina ruídos de alta freqüência.