ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Aula 6 – Modelo de Von Neumann

ESTRUTURA DA DISCIPLINA AULA 1 – Fundamentos AULA 2 – Sistemas de Numeração AULA 3 – Representação de dados AULA 4 – Lógica Digital AULA 5 – Álgebra Booleana AULA 6 – Modelo de Von Neumann AULA 7 – Conjunto de Instruções AULA 8 – Processador AULA 9 – Memória AULA 10 – Dispositivos de Entrada e Saída

Conteúdo Programático AULA 6 História da computação Máquina de Von Neumann Limitações da máquina de Von Neumann

UMA BREVE HISTÓRIA DOS COMPUTADORES ABACO ENIAC 1842 - 1843, Ada Lovelace criou um algoritmo para o cálculo da sequência de Bernoulli usando a máquina analítica de Charles Babbage 1953: a máquina analítica de Babbage e as notas de Ada são considerados o primeiro computador e o primeiro software respectivamente.

XVII - O francês Blaise Pascal projeta uma calculadora que soma e subtrai e o alemão Gottfried Wilhelm Leibniz incorpora operações de multiplicar e dividir à máquina. XVIII - O francês Joseph Marie Jacquard constrói um tear automatizado: cartões perfurados controlam o movimento da máquina. 1834 - O inglês Charles Babbage projeta a máquina analítica capaz de armazenar informações. 1847 - O inglês George Boole estabelece a lógica binária para armazenar informações. 1890 - O norte-americano Hermann Hollerith constrói o primeiro computador mecânico.

1924 - Nasce a International Business Machines Corporation (IBM), nos Estados Unidos. 1938 - O alemão Konrad Zuse faz o primeiro computador elétrico usando a teoria binária. 1943 - O inglês Alan Turing constrói a primeira geração de computadores modernos, que utilizam válvulas. 1944 - O norte-americano Howard Aiken termina o Mark I, o primeiro computador eletromecânico. 1946 - O Eletronic Numerical Integrator and Computer (Eniac), primeiro computador eletrônico, é criado nos EUA. Ref: http://www.ic.uff.br/~aconci/evolucao.html

CURIOSIDADE: VIDA DE BUG Harvard Mark II – setembro 1947 Descobriu-se que um problema no computador tinha sido gerado por um inseto. Grace Hopper, uma das inventoras do Cobol, anunciou: "Nós estamos tirando "bugs" da máquina!“ Esse primeiro bug foi removido do relé com uma pinça e está preservado no Museu Naval, em Virgínia, junto ao Livro Diário do Harvard Mark II. Ref: http://www.sitedecuriosidades.com/ver/origem_e_data_do_primeiro_bug_de_computador.html

MODELO DE VON NEUMANN MEMÓRIA PROCESSADOR ENTRADA e SAÍDA John Von Neumann, matemático húngaro (1903-1957), contribuiu para a matemática e a física. Foi professor da Universidade de Princeton e um dos construtores do ENIAC MEMÓRIA PROCESSADOR ENTRADA e SAÍDA

MODELO DE VON NEUMANN CARACTERÍSTICAS Dados e instruções armazenados em uma única memória utilizada tanto para leitura quanto para escrita Os dados armazenados na memória podem ser acessados através de endereços A execução de um programa ocorre sequencialmente, por ordem de endereços, exceto se for feita algum desvio explicito no programa

MODELO DE VON NEUMANN MEMÓRIA PROCESSADOR RDM / MBR REM / MAR CONTROLE ENTRADA e SAÍDA

Registrador de Dados da Memória MODELO DE VON NEUMANN MEMÓRIA DADOS PROCESSADOR RDM / MBR REM / MAR CONTROLE Registrador de Dados da Memória ENTRADA e SAÍDA

Registrador de Endereços da Memória MODELO DE VON NEUMANN ENDEREÇOS MEMÓRIA PROCESSADOR RDM / MBR REM / MAR CONTROLE Registrador de Endereços da Memória ENTRADA e SAÍDA

MODELO DE VON NEUMANN OPERAÇÕES (READ/WRITE) MEMÓRIA PROCESSADOR RDM / MBR REM / MAR CONTROLE Unidade de controle ENTRADA e SAÍDA

UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA MODELO DE VON NEUMANN MEMÓRIA UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA UCP REGISTRADORES ENTRADA e SAÍDA

MODELO DE VON NEUMANN – O PROCESSADOR UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA (UCP OU CPU) UNIDADE DE CONTROLE Gerenciamento do fluxo interno dos dados Busca, decodifica e executa instruções UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA Execução de operações lógicas e aritméticas Conceito proposto para o EDVAC (1945) REGISTRADORES Memórias dentro do processador

REGISTRADORES Tamanho da célula  Determina RDM Célula de 32 bits  RDM com 32 bits Tamanho da memória em células  Determina REM Memória com 256 células  REM com 8 bits

REGISTRADORES ESPECIAIS Registrador de instruções (IR) Armazena a instrução que está sendo executada Registrador de estado (PSW) Armazena condições de estado geradas pela unidade aritmética e lógica gerando informações para a unidade de controle Contador do programa (PC) Armazena o endereço da próxima instrução que será executada

Curiosidade: PSW do 8086 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 O D I T S Z A P C S – Sinal T – Trap I – Interrupção D – Direção O – Overflow C – Vai Um P – Paridade A – Vai Um Aux Z – Zero

MODELO DE VON NEUMANN – ENTRADA E SAÍDA MEMÓRIA Armazenamento HD (Disco Rígido) CD-ROM DVD Pendrive (flash) Monitor de vídeo Teclado Mouse Placa de som Webcam Placa de rede Placa fax-modem Multifuncional PROCESSADOR RDM / MBR REM / MAR CONTROLE ENTRADA e SAÍDA

Exercícios A CPU e a memória se comunicam através de: 1) Unidade lógico-aritmética 2) Rede sem fio 3) Barramento 4) Unidade de Controle A CPU é composta por: 1) Registradores e Unidade Lógico-Aritmética 2) Memória e barramento 3) Unidade de Controle e barramento 4) Dispositivos de Entrada e Saída

Exercícios A CPU e a memória se comunicam através de: 1) Unidade lógico-aritmética 2) Rede sem fio 3) Barramento 4) Unidade de Controle A CPU é composta por: 1) Registradores e Unidade Lógico-Aritmética 2) Memória e barramento 3) Unidade de Controle e barramento 4) Dispositivos de Entrada e Saída

1) Este computador utiliza uma célula de 32 bits Exercícios Considere um computador baseado no modelo de Von Neumann com REM de 32 bits. Podemos afirmar que: 1) Este computador utiliza uma célula de 32 bits 2) Este computador possui 32 instruções 3) Este computador utiliza uma célula de 4GB 4) Este computador pode endereçar 4G células   Considere um computador baseado no modelo de Von Neumann com RDM de 64 bits. Podemos afirmar que: 1) Este computador pode endereçar 64M células 2) Este computador possui 64 instruções 3) Este computador pode ter no máximo 8GB de memória 4) Este computador utiliza uma célula de 64 bits 22

1) Este computador utiliza uma célula de 32 bits Exercícios Considere um computador baseado no modelo de Von Neumann com REM de 32 bits. Podemos afirmar que: 1) Este computador utiliza uma célula de 32 bits 2) Este computador possui 32 instruções 3) Este computador utiliza uma célula de 4GB 4) Este computador pode endereçar 4G células   Considere um computador baseado no modelo de Von Neumann com RDM de 64 bits. Podemos afirmar que: 1) Este computador pode endereçar 64M células 2) Este computador possui 64 instruções 3) Este computador pode ter no máximo 8GB de memória 4) Este computador utiliza uma célula de 64 bits 23

Qual o tamanho em bits do REM? Exercícios Um sistema possui memória com 8G endereços e cada célula é composta por 4 bytes.   Qual o tamanho em bits do REM? b) Qual o tamanho em bits do RDM? c) Qual o tamanho da memória? 24

Qual o tamanho em bits do REM? 8 G = 233 endereços  REM com 33 bits Exercícios Um sistema possui memória com 8G endereços e cada célula é composta por 4 bytes.   Qual o tamanho em bits do REM? 8 G = 233 endereços  REM com 33 bits b) Qual o tamanho em bits do RDM? 4 bytes = 32 bits  RDM com 32 bits c) Qual o tamanho da memória? 8G endereços x 4 bytes = 233 x 22 = 235 bytes = 32 GB 25

RESUMINDO Von Neumann: conceito de programa armazenado Composição: CPU, MEMÓRIA e E/S Restrições: memória linear e processamento sequencial