Organização e Arquitetura de Computadores Material de apoio Arquitetura básica de um computador: Modelo de Von Neumann, identificação e exposição das principais funcionalidades dos componentes deste modelo. Conceito da arquitetura Harvard Tópico: 06

Esclarecimentos Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica. Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais. O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto, se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide correspondente. Bibliografia básica: PATTERSON, A.D.E.; HENNESSY, L.J.. Organização e projetos de computadores: a interface hardware/software. São Paulo: Campus, 2005.; MONTEIRO, Mário A.. Introdução à organização de computadores. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. STALLINGS, William. Arquitetura e organização de computadores : projeto para o desempenho. São Paulo: Pearson Education, 2005.

Modelo de Von Neumann Em 1946, Von Neumann e seus colegas começaram o projeto de um novo computador de programa armazenado, conhecido como IAS (Institute Advanced Sources) de Princeton, embora concluído somente em 1952, constitui o protótipo de todos os computadores de propósito geral subseqüente. A figura 1 mostra a estrutura geral do IAS, que consiste em: Memória principal, que armazena dados e instruções; Unidade lógica e aritmética (ULA), capaz de realizar operações com dados binários; Unidade de controle, que interpreta e executa instruções armazenadas na memória; Dispositivos de entrada e saída (E/S), controlados e manipulados pela unidade de controle.

Modelo de Von Neumann Máquina original de Von Neumannn A memória consistia em 4.096 palavras, uma palavra contendo 40 bits, cada bit um 0 ou um 1. Cada palavra continha uma ou duas instruções de 20 bits ou um inteiro de 40 bits com sinal. As instruções tinham 8 bits dedicadas para identificar o tipo da instrução e 12 bits para especificar uma das 4.096 palavras da memória. Juntas, a unidade lógica e aritmética e a unidade de controle formavam o “cérebro” do computador. Em computadores modernos elas são combinadas em um único chip denominado CPU. Dentro da Unidade Lógica e Aritmética havia um registrador interno especial de 40 bits denominado acumulador e servia para armazenar uma palavra de memória. Máquina original de Von Neumannn

Arquitetura Harvard A Arquitetura de Harvard baseia-se em um conceito mais recente que a de Von-Neumann, tendo vindo da necessidade de por o microcontrolador para trabalhar mais rápido. É uma arquitetura de computador que se distingue das outras por possuir duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e ligação ao processador. Baseia-se na separação de barramentos de dados das memórias onde estão as instruções de programa e das memórias de dados, permitindo que um processador possa acessar as duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor do que a da Arquitetura de von Neumann, pois pode buscar uma nova instrução enquanto executa outra. A principal vantagem desta arquitetura é dada pela dupla ligação às memórias de dados e programa (código), permitindo assim que o processador leia uma instrução ao mesmo tempo que faz um acesso à memória de dados. A arquitetura Harvard também possui um repertório com menos instruções que a de Von-Neumann, e essas são executadas apenas num único ciclo de relógio. Os microcontroladores com arquitetura Harvard são também conhecidos como "microcontroladores RISC" (Computador com Conjunto Reduzido de Instruções), e os microcontroladores com uma arquitetura Von-Neumann, de "microcontroladores CISC" (Computador com um Conjunto Complexo de Instruções).