1 arquitetura de computadores componentes básicos

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Arquitetura de Computadores

Componentes básicos.

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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

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Organização Básica

Unidade Lógica e

Aritmética

Unidade de

Controle

Memória

Unidade de

Entrada

Unidade de Saída

Unidade Central de Processamento

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I/O é um sigla para Input/Output.

indica entrada (inserção) de dados por meio de algum código ou programa, para algum outro programa ou hardware;

bem como a sua saída (obtenção de dados) ou retorno de dados, como resultado de alguma operação de algum programa.

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São exemplos de unidades de entrada de um computador:

disco rígido, microfone, teclado, mouse, Tela Sensível ao toque, Scanner, Leitor de código de barras, Celular, Pendrive, Máquina fotográfica digital, Webcam, joysticks e outros acessorios de jogos.

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São exemplos de unidades de saída de um computador:

monitor, caixas de som, impressora, disco rígido.

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Processadores Organização geral de um computador: processador + memória principal + periféricos de E/S

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Unidade Central de Processamento (UCP) – Composta de:

• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)• Unidade de Controle

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O Registrador de uma unidade central de processamento é um tipo de memória de pequena capacidade porém muito rápida, utilizada no armazenamento temporário durante o processamento

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Unidade de Controle– onde os códigos (instruções), que representam

as operações a serem realizadas, são indentificados e através da qual os dados são obtidos da memória;

– código de operação: identifica a operação a ser feita

– código de operando: dados necessários à execução da operação

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Arquitetura de Computadores Linguagens de Máquina

– Especificação de uma operação básica (primitiva) que o hardware é capaz de realizar 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 daOperação

Operando 1 Operando 2

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Ciclo da Instrução

Ciclo de busca– Buscar a próxima instrução na memória– Incrementar o CP (Contador de Programa)

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– Atualizar (se for o caso) o CP– Repetir o processo com uma nova instrução

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Tradutores Montador

– converte programas em ling. montada (Assembly) para ling. de máquina;

Compilador– converte programas em ling. de alto nível para ling.

de máquina, às vezes agregando várias instruções de máquina para simular um comando de alto nível;

Interpretador– mesma função do compilador, só que vai

executando linha a linha.

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Compilação x Montagem

Ler A, BX = A + Bse X >= 0

imprimir X

GET AGET BLDA AADD BSTA XJN FIMPRT X

FIM HLT01001101b

00101010b

11100000b

11110101b

11001010b

10000101b

Ling. de Alto Nível

Ling. Montagem (Assembly)

Ling. de Máquina

Montagem

Compilação

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Sistemas de Aplicação: TraduçãoLinguagem de Alto Nível

Bibliotecas

Linguagem de Máquina

Tradutor(Compilador

ou Interpretador)

“Programa Fonte”

“Executável”

Tabela deInstruções de

Máquina

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Sistemas de Aplicação: ExecuçãoCódigo executável

Carregamentona Memória

Principal

Execução

(Armazenado em disco)

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Arquitetura de um Sistema de Computação

Aplicações & Utilitários

Sistema Operacional

Basic Input Output System (BIOS)

Hardware

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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; EPROM (“Erasable PROM”)

– pode ser apagada e regravada várias vezes.

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Arquitetura de Computadores Memória Secundária

– Ex: HD (“Hard Disk”)/disco rígido/whinchester, Disquete 3,5”, CD-ROM, DVD, BLURAY ZIP DRIVE (JAZZ), Fita DAT, Disk Array

– Armazena bits para representar caracteres:

Ex: códigos ASCII (Windows) e EBCDIC (UNIX)

? 0011 1111 C 0100 0011

@ 0100 0000 D 0100 0100

A 0100 0001 E 0100 0101

B 0100 0010 F 0100 0110

ASCII:

Representação “binária”

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Memória Cache

Idéias básicas por trás do conceito de Memória Cache:

As palavras de memória mais usadas pelo processador devem permanecer armazenadas na cache.

Somente no caso de ela não estar armazenada na cache é que a busca se dará na memória principal

Se número de acessos a cache é grande, tempo médio de acesso à memória diminui significativamente

Sucesso do esquema depende da fração de acessos satisfeitos pela cache

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Arquitetura de Computadores Tipos de memória:

– Disco magnético: cabeças de gravação lêem ou gravam dados no revestimento magnético do disco (2 lados). Os discos são organizados em trilhas e setores (formatação);

– Discos óticos (CD, DVD e BLURAY)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;

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Periféricos– Entrada: teclado, mouse, unidades de disco,

scanner, microfone, leitora óticas, sensores, webcam, etc.

– Saída: monitor, impressora, plotters, alto-falantes, etc.

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Organização de um Sistema de Computação

MemóriaPrincipal

Dispositivos deEntrada e Saída

Discos

Monitor

Impressora

Outros

Periférico

Controlador

Dispositivos deArmazenamento

Interface

Via de Comunicação (Barramentos)

Unidade Centralde Processamento

ouProcessador

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Organização de um SCOrganização de um SC ULA: Unidadede Lógicxa e AritméticaACC: AcumuladorRI: Registrador de InstruçãoCP: Contador de ProgramaREM: Registrador de End. de MemóriaRDM: Registrador de Dados de Memória

UCP

MemóriaPrincipal

Dispositivosde E/S

...

ULA

ACCRI CP

Regis-tradores

deUso

Geral

REM RDM

CacheL1

Unidadede

Controle

MemóriaCache L2

BEBD

BC

Decodificadorde Instruções

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Arquitetura de Computadores Tipos de computadores

– Supercomputadores (grande capacidade de processamento, paralelismo, pesquisas científicas): CRAY

– Mainframes (grande porte, centenas de usuários): IBM, DEC, UNISYS

– Minicomputadores (versão menor dos mainframes, vários usuários)

– Microcomputadores (potência limitada, 1 usuário): PC (downsizing!)

Cluster: Agrupamento de computadores agregando uma grande capacidade de processamento.

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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);

– multiprocessamento: mais de um processador, podem compartilhar memória ou não, podem executar vários programas ao mesmo tempo ou dividir um.

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Na informática, é o cérebro da placa mãe, se dividindo entre "ponte norte" (north bridge, controlador central) e "ponte sul" (south bridge, controlador de periféricos).

Chipset é o nome que damos ao conjunto de circuitos de apoio utilizados na placa-mãe.

A ponte norte faz a comunicação do processador com as memórias, e em alguns casos com os barramentos de alta velocidade AGP e PCI Express.

Já a ponte sul, abriga os controladores de HDs (ATA/IDE e SATA), portas USB, paralela, PS/2, serial, os barramentos PCI e ISA, que já não é usado mais em placas-mãe modernas.

Muitas vezes, como em algumas implementações de controladores para processadores AMD nos quais o controlador de memória está embutido no processador, as duas pontes (bridges) são substituídas por um único chip, o que reduz custos para os fabricantes.

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