Organização Estruturada de Computadores Arquitetura e Organização de Computadores GSI013 – Arq. e Org. de Computadores Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação Prof. Dr. rer. nat. Daniel D. Abdala

Na Aula Anterior ... Histórico da evolução dos computadores: 1ª Geração 2ª Geração 3ª Geração 4ª Geração Tendências atuais ...

Nesta Aula Visão Geral de Sistemas Computacionais; Interconexão de Componentes ; Barramentos; Comunicação com o Mundo Exterior; Hierarquia de Memória; Entrada e Saída de Dados.

O Modelo von Neumann Memória Entrada e Saída CPU Como vimos na aula anterior, o propósito fundamental dos computadores é executar programas, que podem tomar diversas formas. Um processador por si só, não é muito útil. Para que possamos utilizar suas funcionalidades, ele deve estar inserido em um “sistema computacional”. Um sistema computacional é composto por uma unidade central de processamento, um banco de memória, dispositivos de entrada e saída de dados e alguma forma de interconexão entre os componentes descritos anteriormente. Virtualmente, considerando pequenas alterações, todos os sistemas computacionais têm como base o modelo propostos por von Neumann.

Unidade Lógica e Aritmética O Modelo von Neumann ULA Memória Unidade Lógica e Aritmética Unidade de Entrada UC Unidade de Controle Unidade de Saída Podemos analisar sistemas computacionais a partir de diversos níveis de abstração. Cada bloco funcional possui um nome e uma texto descritivo que define seu comportamento funcional. Neste exemplo, vemos claramente as três unidades funcionais do slide anterior. No entanto a UCP e a Unidade de Entrada e Saída estão expandidas em níveis de abstração mais detalhados. A UCP (Mais conhecida pelo seu acrônimo na língua inglesa – CPU – Central Processing Unit), é descrita aqui por meio da Unidade Lógica e Aritmética e da Unidade de Controle. A unidade de entrada e saída foi subdividida em Unidades de Entrada e Saída, visto que suas operações são fundamentalmente distintas. UCP - Unidade Central de Processamento Periféricos

(ALU, Controle e Registradores) Modelo de Barramento CPU (ALU, Controle e Registradores) Memória Entrada e Saída Barramentos Dados Endereços Controle

Modelo de Barramento Como podemos ver neste slide, o sistema de abstração pode ser aprofundado para aumentar o nível de detalhamento do sistema. Este processo pode se repetir até que o grau de detalhamento seja necessário. Naturalmente, o nível máximo de abstração é o físico.

Abstração do Processador

Barramentos Conjunto de “linhas” de comunicação que interligam os diversos módulos de um sistema computacional; Comunicação compartilhada; Normalmente barramentos são divididos em três tipos: Dados Endereços Controle Alguns sistemas reutilizam linhas de barramento para múltiplas funções;

Barramentos Como o barramento conecta diversos dispositivos, deve haver um conjunto de regras que rejam a comunicação (protocolo); Um barramento requer um “controlador de barramento” que é um circuito digital que implementa o protocolo de comunicação no barramento; Para entendermos como um barramento funciona, primeiro precisamos entender que sinais devem ser considerados.

Sinais dos Módulos de um Sistema Computacional Memória Endereço Dados Leitura Escrita CPU Instruções Endereço Dados Sinais de Controle Leitura Módulo de Entrada e Saída Sinais de Interrupção Dados Escrita Dados Internos Endereço Dados Externos Dados Internos Sinais de Interrupção Dados Externos

Barramentos – Sinais de Controle Escrita de Memória Leitura de Memória Escrita de E/S Leitura de E/S ACK de Transferência Solicitação de Barramento Concessão de Barramento Requisição de Interrupção ACK de Interrupção Clock Reset

Hierarquia de Barramentos Muitos dispositivos → barramento se torna o “gargalo” do sistema computacional Barramento longo → atraso de propagação Muitos dispositivos → concorrência → atraso

Barramento Comum

Barramento de Alta Velocidade

Barramento PCI PCI – Peripheral Component Interconnect Trabalho Extra: Identifique a sessão exata no livro do Tanembaum ou do Stallings que trata de barramentos PCI e leia. A seguir, escreva um artigo sobre o assunto. Utilize fontes adicionais se julgar necessário.