arquitetura de computadores

TRT 15 Região - Arquitetura de

Computadores e Ger. Sist. Arq - Aula 00

Teoria e Exercícios

Professor: Pedro Freitas

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AULA 00: Organização e Arquitetura de Computadores

Sumário 1.1. Metodologia das aulas. ............................................................................................................... 2

1.2. Observações finais. ..................................................................................................................... 2

4. Resumo da Aula ................................................................................................................................ 30

5. Questões Comentadas ...................................................................................................................... 32

6. Lista das Questões Utilizadas na Aula. .............................................................................................. 36

7. Gabarito. ........................................................................................................................................... 39

Olá Amigos concurseiros de Plantão!

Antes de começar gostaria de agradecer o convite para integrar a equipe do

TiParaConcursos.net, realmente é um prazer poder multiplicar com essa equipe de

excelentes professores e agradeço também a confiança do Prof. Gabriel Pacheco no

trabalho que venho realizando.

Agora, meus amigos e alunos, apresento-me a vocês.

Sou o professor Pedro Freitas, sou Gerente de Projeto de Cloud Storage, professor de

concursos de TI, já estou a três anos nessa carreira de concursos, na qual comecei assim que

voltei do Canadá, onde estive morando e estudando por alguns meses, sou Engenheiro de

Computação e atualmente me dedico a projetos de treinamento para concursos de TI. Já

atuei como professor nos concursos da ANATEL para o cargo de técnico em

telecomunicação e também no TRT/RJ para o cargo de Analista em TI.






1. Apresentação.

Meu objetivo aqui é te fazer compreender a matéria completamente, trabalharemos com

uma didática bem interessante, sempre que possível abordando questões diversas sobre os

temas.

1.1. Metodologia das aulas.

a) Teremos em nosso curso, aulas descritivas onde vou busca explorar os temas que

mais são cobrados e para que não fique muito cansativa as aulas, trabalharemos

com uma média de aproximadamente 25 à 30 páginas por aula.

b) Dependendo da matéria pode acontecer que eu mesmo crie questões, devidamente

coerentes com os temas que tratamos na aula.

c) Serão tratados nas aulas assuntos desde o básico até o avançado, fazendo assim com

que o aluno iniciante tenha conhecimento e contato inicial com os tópicos tratados,

bem como o aluno que já o conhece possa aprofundar seu conhecimento aplicável à

resolução de questões.

1.2. Observações finais.

Agora, acredito que alguns pontos se fazem necessários para que não tenhamos falta de

rendimento dos senhores:

a) Como estamos tratando aqui de aulas textuais, é importante além de ler as aulas,

que você também preste atenção, pode parecer que prestar a atenção é um atributo

natural de ler, mas não é, existem alguns assuntos que são um pouco longos e para

isso tentarei ser sempre bem claro e bem dinâmico, fazendo dessa nossa aula, além

de uma aula, uma conversa, que vai facilitar você assimilar o conteúdo, mas é

essencial que você foque a atenção aqui.

b) Planeje seus estudos e cumpra os seus horários de forma adequada, quem tiver

problemas com isso solicito que acesse o Blog do Prof. Gabriel Pacheco e verifique

seus artigos sobre Planejamento de Estudos, pois poderão te ajudar bastante

(www.tiparaconcursos.net).






2. Conteúdo programático e planejamento das aulas (Cronograma).

O Conteúdo programático está distribuído de forma que os alunos, mesmo que nunca

tenham tido contato com o assunto, possam compreender o contexto da disciplina e

também a forma com que ela se “encaixa” dentro das instituições e que pode ser cobrada

na prova.

Aula Conteúdo a ser trabalhado

Aula 00 31/01/2015

Arquitetura e Organização de Computadores. Componentes de um computador. Sistemas de entrada e saída. Dispositivos de Armazenamento

Aula 01 07/02/2015

Sistemas Operacionais

Aula 02 14/02/2015

Gerenciamento de Sistemas de Arquivos, Administração de usuários, grupos, permissões, controles de acesso (LDAP e Active Directory). Administração do ambiente. Gerenciamento de memória. Gerenciamento de processos. Gerenciamento de Armazenamento.

Vamos então dar início a nossa Aula 00.

Deus abençoe você nessa caminhada meu caro amigo!

Estamos Juntos! Fé, Foco e Força!






Olhei para o futuro e gostei do que vi, estou correndo para lá!

JB Carvalho.






3. Arquitetura e organização de computadores

Tudo, exatamente tudo na nossa área de tecnologia da informação começou com o processamento de dados. Antes de você vir ao mundo ou do seu querido professor também vir ao mundo, o homem queria automatizar as coisas. O avanço tecnológico transformou os dados em informações e os imensos computadores começaram a existir. Vamos então a definição de computador dada por Mario Monteiro, no livro Introdução à Organização de Computadores: Um computador é uma máquina capaz de sistematicamente coletar, manipular e fornecer os resultados da manipulação de informações para um ou mais objetivos. Tendo isso em mente, perceba que o processamento de dados consiste simplesmente, em uma série de atividades ordenadamente realizadas, com o objetivo de produzir um arranjo determinado de informações a partir de outras obtidas inicialmente. Ou seja, computadores vão processar dados parar gerar informações e isso ocorre da seguinte maneira:

Visto isso, é possível então chegar a conclusão de que ao longo do tempo, diversos tipos de arquiteturas de computadores foram sendo definidas para






trabalhar o processamento de dados, de maneira tal que hoje é possível classificar os computadores projetados segundo determinadas arquiteturas. As classificações começaram a se dar pela maneira que se tratava o processamento, ou seja, as classificações foram se dando pela maneira como as instruções e os dados eram manipulados e organizados no processador.

SISD Nasceu então o SISD ( Single Instruction Stram, Single Data Stream) que é um único conjunto de instruções e dados. Aqui podemos enquadrar as máquinas cuja arquitetura segue o padrão de Von Neumann, estão lembrados dele? Fique tranquilo nós vamos lembrar. Ou seja, aqui os processadores executam uma instrução completa por vez, de forma sequencial. Aqui também podemos ver a figura do CI ou contador de instruções, que serve para armazenar o endereço da próxima instrução que deverá ser executada e que automaticamente será incrementado para o próximo endereço de instrução.

Lembre-se:

SISD

Uma instrução completa por vez, de forma sequencial






MISD As coisas evoluíram, foi quando chegamos no MISD (Multiple Instruction Stream, Single Data Stream), este tipo de arquitetura estabelece por sua vez que várias instruções possam ser executadas simultaneamente, manipulando um único conjunto de dados.

MISD

Várias instruções são executadas simultaneamente

SIMD

Depois veio o SIMD (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream), aqui neste tipo de arquitetura, o processador opera de modo que uma única instrução acessa e manipula um conjunto de dados simultaneamente. Aqui a unidade de controle do processador, que trataremos mais adiante aciona diversas unidades de processamento.

SIMD

Uma única instrução acessa e manipula um conjunto de dados






MIMD

Então vieram os MIMD (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream), que é a mais avançada categoria e que apresenta o melhor desempenho de processamento. No MIMD temos o acesso a memória compartilhada através do barramento lógico, possibilitando a execução simultânea de várias instruções, tendo aqui a figura de vários processadores que operam de forma concorrente, na execução de um ou vários processos.

MIMD

Vários processadores operam de forma concorrente na execução de vários processos, possibilitando a execução simultânea de várias instruções

Com a evolução do processamento, foi possível então a evolução dos sistemas. A definição que trago para vocês de sistema é que um sistema é um conjunto de partes que cooperam para atingir-se um objetivo comum, ou seja, é um conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo. Temos então que os sistemas que conhecemos são um conjunto de partes que se coordenam (o teclado, a memória, o processador, os dispositivos periféricos) para a realização de um objetivo.






Podemos deduzir então que os sistemas de processamento de dados são aqueles responsáveis pela coleta, armazenamento, processamento e recuperação de dados, em equipamentos de processamento eletrônico, necessários ao funcionamento de um outro sistema maior, que são os sistemas de informação. Vamos então nos aprofundar nesse tema. Perceba você que qualquer processamento de dados requer a execução de uma série de etapas, as quais podem ser realizadas de forma manual ou automática por um computador. Tais etapas, elaboradas e executadas passo a passo, constituem o que se chama programa. Ou seja um programa nada mais é que um conjunto de instruções. Essas instruções de forma mais formal constituem as linguagens que nós estamos acostumados a utilizar na programação. Deixa eu refrescar a memória de vocês mostrando um código escrito em linguagem Delphi, que será representado em Assembly e por fim em linguagem de máquina:






Vamos então definir o que é hardware e o que é software para aumentar nossa assimilação do conteúdo. O conjunto então formado pelos circuitos eletrônicos e pelas partes eletromecânicas do computador é o que conhecemos como Hardware. O Software por sua vez consiste nos programas, de qualquer tipo ou em qualquer linguagem, que são introduzidos nas máquinas para fazê-las trabalhar e produzir algum resultado. Obviamente como vocês sabem esses dois se completam. Não vou aqui com vocês entrar na história propriamente dita, mas vale a pena você olhar para essa linha do tempo logo abaixo.






Época dos dispositivos Mecânicos Começa a ser explorado os cálculos com algum tipo de equipamento, os babilônios deram inicio a isso com sua invenção o ábaco. Época dos dispositivos Eletromecânicos Aqui temos um grande salto no tempo, é nessa época que nasce os motores elétricos, baseados no principio do funcionamento da máquina de Pascal. Época dos componentes Eletrônicos - Primeiras Invenções Nasce os computadores grandes e lentos que você nunca viu na sua vida. Primeira Geração: Computadores a Válvula Aqui temos o primeiro computador eletrônico e digital, com instruções para cálculos, seu emprego é muito normal em centros de pesquisas e em universidades. Segunda Geração: Computadores Transistorizados Nasce o efeito transistor e a IBM começa a investir nessas pesquisas, o MIT entra na história e começamos a ver alguns relances do que conhecemos hoje como computador. Terceira Geração: Computadores com Circuitos Integrados Os circuitos integrados chegam ao mundo devido à necessidade de se encontrar uma solução para os problemas de acomodação dos componentes eletrônico (transistores, capacitores, resistores) Por fim surgiram os Mainframes, depois vieram os computadores pessoais e assim foram evoluindo até os dias de hoje. Vamos agora tratar dos componentes, dos dispositivos e dos periféricos que envolvem o funcionamento de nossas maquinas.






Componentes de um sistema de computação Como vimos um sistema de computação é um conjunto de componentes integrados para funcionar como se fossem um único elemento e que têm por objetivo realizar manipulações com dados, isto é, realizar algum tipo de operação com os dados de modo que seja possível obter uma informação desejada. Vamos agora procurar identificar melhor cada um deles. O primeiro componente que vamos começar a explorar é a UCP (Unidade Central de Processamento). Lembra das instruções, então o componente do computador que é capaz de entender e realizar uma operação definida por uma instrução de máquina é a UCP, você também pode chama-lo de CPU ( Central Processing Unit). Uma UCP é constituída de milhões de minúsculos circuitos e componentes eletrônicos, ou seja, resistores, transistores, etc, cujas funções básicas são ler e interpretar as instruções de máquina. Outro componente a ser considerado é a memória e aqui não tem muito segredo, a memória é o componente do sistema responsável pelo armazenamento das informações introduzidas. Vamos dar uma olhada na figura abaixo para clarear nosso entendimento:






Falando em memória, é interessante dizer a você que os programas e dados são armazenados na memória como nós sabemos, todavia para execução imediata, temos a memória principal e a memória cache e para o uso posterior temos a memória secundária. Apresento também aqui os dispositivos de Entrada e Saída que servem basicamente para permitir que o sistema de computação se comunique com o mundo exterior. Ainda nessa aula veremos mais sobre esse assunto! Vamos agora entrar na representação das informações, ou seja, trataremos agora dos Bits, Caracteres, Bytes e o conceito de Palavra. Vamos lá!

O Bit, o Caractere, o Byte e a Palavra

Como eu disse anteriormente para você, um sistema de computação é um conjunto de componente integrados para funcionar como se fossem um único elemento e que têm por objetivo realizar manipulação com dados, ou seja, o objetivo aqui é realizar algum tipo de operação com os dados de maneira que seja possível obter informações uteis.






Nesse contexto quem vai entender e realizar uma operação definida por uma instrução de máquina vai ser a UCP (Unidade Central de Processamento) ou CPU. Vimos então anteriormente que um programa é sempre constituído de várias instruções e para que ele seja rapidamente executado, é necessário que ele execute todas as instruções, recebendo os dados, manipulando-os e expondo todos os resultados, de forma totalmente automática. Quero dizer com isso que antes da execução do programa, este e os dados que serão manipulados, devem ser armazenados na própria máquina para que seja possível localiza-los pelo processador, entendidos e executados. O componente do sistema de computação responsável pelo armazenamento das informações introduzidas é a memória! Reforço isso para que fique bem claro na sua mente o processo! Entendido isso, é importante que você agora conceitue o seguinte, que os dispositivos de Entrada ou Saída servem basicamente para permitir que o sistema de computação se comunique com o mundo exterior, realizando ainda, além da interligação, a conversão das linguagens do sistema para a linguagem do meio exterior e vice-versa. Lembrando que é bom você receber essa introdução de forma que fique mais abrangente a compreensão das informações, afinal o conhecimento deve ir evoluindo. Então vamos lá! Primeiramente, perceba que toda informação introduzida em um computador (sejam dados que serão processados ou instruções de um programa) precisão ser entendidas pela máquina, para que assim, possa haver a interpretação e o processamento corretos. O computador, sendo um equipamento eletrônico, armazena e movimenta as informações internamente sob forma eletrônica, ou seja, pode ser um valor de voltagem ou de corrente.






Nesse contexto informo a você que na memória secundária as informações são armazenadas sob forma magnética ou ótica. Quando falo então dessa representação de informações internamente, estou falando de lógica booleana, ou seja, SIM/NÃO, Aberto/Fechado, Ligado/Desligado. Dessa maneira, os computadores digitais são totalmente binários. Quero dizer então que, toda informação introduzida em um computador é convertida para a forma binária, através do emprego de um código qualquer de armazenamento. Agora que você já esta mais familiarizados com o contexto de comunicação binária, quero informar a você meu querido amigo, que a menor unidade de informação armazenável em um computador é o algarismo binário ou digito binário, que nós da área de TI chamamos de bit, que significa binary digit.

O bit pode ter somente dois valores: 0 ou 1 Visto isso, temos que o menor grupo ordenado, veja só, eu disse ordenado de bits que pode representar uma informação em um computador se chama caractere. Quando eu reúno um grupo de bits ordenado, para efeito de manipulação interna, e para isso uso oito bits, então eu tenho um byte. Ou seja, um Byte são oito bits e um Byte é usado no contexto de manipulação interna. O Byte é uma referência que serve para a construção e o funcionamento de dispositivos de armazenamento. É por isso que quando vamos falar de medidas de memória por exemplo, usamos o termo 500 GBytes. É possível você perceber aqui que como os principais códigos de representação de caracteres utilizam grupos de oito bits por caractere, os conceitos de byte e caractere são bem semelhantes, e tenho outra notícia pra te dar o conceito de palavra, também é quase sinônimo.






Para diferenciar Caractere e Byte pense no seguinte: Caractere representa pouca informação com sentido, exemplo a letra "a", que não fornece nenhuma informação se estiver isolada. Já o Byte, que pode representar um caractere internamente no computador, não tem a finalidade de representar qualquer tipo de informação, sendo tão somente uma unidade de armazenamento e transferência. As palavras por fim são grupos de caracteres, contextualizando temos a nossa linguagem, a linguagem humana, na estrutura da linguagem humana tudo começa pelo caractere e segue organizando grupos de caracteres, que por sua fez vão formar uma unidade útil de informação, uma palavra. Observe o quadro abaixo, que compara a linguagem dos computadores e a linguagem humana:

Vamos entrar agora no tema: Dispositivos de Entrada e Saída. Não se abata guerreiro! Fique Firme! Os que conquistam agem diante das circunstâncias, não esperam que as circunstâncias venham agir por eles.

Prof. Pedro Freitas Então vamos a conquista!






Dispositivos de Entrada e Saída Vimos então até aqui os componentes de um sistema, ou seja falamos sobre a Unidade Central de Processamento (UCP), a memória principal (MP) e a Memória Secundária (MS) e o módulos de Entrada/Saída (E/S). Vamos agora trabalhar o funcionamento deles, já avisos a você que para melhor assimilação do conteúdo vou interligar os componentes, até porque eles estão interligados, por exemplo, a UCP e a MP funcionam de modo individual e interligado na tarefa de executar os programas. Estamos falando aqui, primordialmente sobre comunicação e para que haja então, uma comunicação homem-máquina, precisamos de um meio, e todo mundo aqui sabe que estamos falando do teclado, que é um elemento de entrada. Em geral, os dispositivos de entrada ou de saída são denominados periféricos, porque estão na periferia, ou seja, se encontram instalados fora do núcleo principal UCP/MP, mas ficam na maior parte das vezes próximos, da periferia, logo chamamos eles de periféricos. Da mesma forma que temos a necessidade de comunicação com a máquina, também é preciso que haja comunicação no sentido contrário, isto é, máquina-homem, de modo que o usuário possa entender os resultados de um processamento. Uma impressora ou uma tela de vídeo que você esta olhando agora e lendo essa aula pode ser um dispositivo de saída ou periférico de saída, como preferir. Voltando ao assunto da UCP e da MP, para a interligação e comunicação entre elas temos o famoso barramento. O barramento dito de passagem também é um método que define a interligação do conjunto UCP/MP aos periféricos. É através do barramento do sistema, ou system bus, que podemos interligar todos os componentes de um sistema de computação e também é por ele que fluem os mesmos tipos de informação, dados, endereços e sinais de controle.






Na verdade quero mostrar para você que o barramento do sistema permite o compartilhamento de informações entre os diversos componentes de um computador. Vamos ver então ver uma imagem para clarear mais sua visão:

Aqui você pode ver dois esquemas de barramento, primeiro um esquema de barramento múltiplo, com canais separados para dados, endereços e sinas de controle, enquanto em baixo é mostrado o barramento único (unibus). Vamos então prosseguir com nossos conceitos. Temos então que um sistema de E/S deve, em conjunto, ser capaz de realizar duas funções, que são:

Receber ou enviar informações ao meio externo

Converter as informações em uma forma inteligível para a máquina ou para o programador, por exemplo.

Veja na figura abaixo a comunicação direta entre UCP/MP e diversos tipos de periféricos, que terão diferentes características de transmissão.






Como você pode perceber, os dispositivos de entrada ou de saída ou periféricos, são equipamentos acoplados a um sistema de computação que efetivamente identifica a função entrada e a função saída. Vamos então descrever alguns periféricos populares, encontrados nos sistemas atuais. Teclado O teclado é um dispositivo de E/S da categoria dos dispositivos que se comunicam com o ser humano. Nesse caso, eles precisam ser dotados de mecanismos que reconheçam de algum modo os símbolos utilizados por nós, você pode então ter desde teclados apenas numéricos até teclados para sistemas dedicados. Monitor Obviamente você sabe que o monitor, ou seja, a tela para onde você esta olhando nesse momento é a maneira com que nós temos de identificar as informações que computador oferece. Impressoras Assim como o monitor, a impressora é o periférico clássico de saída, onde as informações armazenada internamente no computador sob a forma binária são convertidas em símbolos impressos.






Memória A memória é o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações que são ou serão manipuladas por esse sistema, para que elas possam ser prontamente recuperadas, quando for necessário. De forma bem simples, a memória é um depósito, onde são guardados certos elementos para serem usados quando desejados. Na prática, em sistemas de computação não é possível utilizar apenas um tipo de memória. Na verdade, a memória de um computador é também em si um sistema, ou melhor, um subsistema, tendo em vista que é constituída de vários componentes interligados e integrados, com o objetivo de armazenar informações e permitir sua recuperação. A necessidade da existência de vários tipos de memória ocorre em virtude de vários fatos concorrentes. Primeiramente, o aumento, sempre crescente, da velocidade das UCPs, muito maior que o tempo de acesso da memória, o que ocasiona atrasos, que podem ser intoleráveis na transferência de bits entre memória e UCP, e vice-versa. Outro fator relaciona-se com a capacidade de armazenamento de informações que os sistemas de computação precisam ter, cada vez maior, em face do aumento do tamanho dos programas, bem como do aumento do volume dos dados que devem ser armazenados e manipulados nos sistemas atuais. Se existisse apenas um tipo de memória, sua velocidade, ou seja, seu tempo de acesso deveria ser compatível com a da UCP, de modo que esta não ficasse esperando muito tempo por um dado que estivesse sendo transferido da memória. Existem então duas únicas ações que podem ser realizadas em uma memória. A primeira é a ação de guardar um elemento, ou seja, é o que chamamos de escrita ou gravação (write). A segunda é a ação de recuperação do elemento guardado para um uso qualquer, que nós chamamos de leitura (read).






Hierarquia de Memória Nada melhor do que começar vendo.

Na realidade, há muitas memórias no computador, as quais se interligam de forma bem estruturada, constituindo um sistema em si, fazendo parte do sistema global de computação, que pode ser denominado subsistema de memória. Esse subsistema é projetado de modo que seus componentes sejam organizados hierarquicamente, conforme você acabou de ver na figura que te mostrei. Note que a base da pirâmide é larga, o que simboliza a elevada capacidade, tempo de uso e o custo do componente. Como estávamos tratando, temos a questão do tempo de acesso, o tempo de acesso indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma informação no barramento de dados após uma determinada posição ter sido endereçada. Quero dizer então, qual o período de tempo decorrido desde o instante em que foi iniciada a operação de acesso até o momento que a informação requerida tenha sido efetivamente transferida. O valor do tempo de acesso de uma memória é dependente da sua tecnologia de construção e da velocidade de seus circuitos. Isso varia bastante para cada






tipo, de alguns nanossegundos, no caso de memórias tipo RAM (DRAM, SRAM, etc) até dezenas de milissegundos, no caso de memórias secundárias (discos magnéticos, CD-ROMs e fitas). Veja que o tempo de acesso das memórias eletrônicas do tipo RAM, ROM, etc, é o mesmo, independentemente da distância física entre o local de um acesso e o local do próximo acesso, ao passo que, no caso de dispositivos eletromecânicos, como discos, CD-ROMs, etc, o tempo de acesso varia conforme a distância física entre dois acessos consecutivos. Outro parâmetro é o chamado ciclo de tempo do sistema de memória ou simplesmente ciclo de memória, que é o período de tempo decorrido entre duas operações sucessivas de acesso à memória, sejam de escrita ou de leitura. O ciclo de memória é usualmente empregado como elemento de medida de desempenho das memórias eletrônicas, sendo indicado nos manuais e demais documentos descritos nas características de uma dado tipo de memória. Obviamente não poderíamos deixar de citar a capacidade, que é a quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória. A unidade de medida mais comum como já mostrei para você é o byte. Outro critério que eu quero apresentar para você é o da Volatibilidade. Quando o assunto é memória temos duas categorias, que são as memórias do tipo volátil e as do tipo não-volátil. Uma memória não-volátil é a que retém a informação armazenada quando a energia elétrica é desligada. Memória volátil é aquela que perde a informação armazenada quando o equipamento é desligado. Obviamente, como um processador nada pode fazer sem instruções que indiquem a próxima operação a ser realizada, é claro que todo sistema de computação deve possuir alguma quantidade de memória não-volátil. Ou seja, ele deve possuir, pelo menos, algumas instruções armazenadas em memória não-volátil para serem executadas inicialmente, sempre que se ligar o computador.






Registradores por exemplo são memórias do tipo volátil, como também memórias de semicondutores, do tipo RAM. Memórias magnéticas e óticas, como discos e fitas, e memórias de semicondutores do tipo ROM, EPROM, dentre outras são também não-voláteis.

Memória RAM e Memória ROM Memória RAM significa Random Access Memory, que é nada mais do que memória de acesso aleatório, é um tipo de memória volátil, isto é, todo o seu conteúdo é perdido quando a alimentação da memória é desligada. Já a Memória ROM significa Read-Only Memory, ou seja aqui na memória ROM somente é permitido a leitura, quer dizer então que as suas informações são gravadas pelo fabricante uma única vez e após isso não podem ser alteradas ou apagadas, somente acessadas. São memórias cujo conteúdo é gravado permanentemente.

Registradores Em um sistema de computação, temos que a destinação final do conteúdo de qualquer tipo de memória é o processador. Ou seja, o objetivo final de cada uma das memórias é armazenar informações destinadas a serem, em algum momento, utilizadas pelo processador. As ações operativas do processar são realizadas nas suas unidades funcionais: na unidade aritmética lógica, ou ALU (Arithmetic and Logic Unit) ou como nós veremos mais adiante a ULA. Porém antes que a instrução seja interpretada e os dispositivos da UCP sejam acionados, o processador necessita buscar a instrução de onde ela estiver armazenada, ou seja da memória principal ou da memória cache e armazená-la em seu próprio interior, em um dispositivo de memória denominado registrador de instrução. Depois desse armazenamento da instrução, o processador deverá buscar dados da memória para serem manipulados na ULA.






Um registrador é portanto o elemento superior da pirâmide de memória, por possuir a maior velocidade de transferência dentro do sistema, menor capacidade de armazenamento e maior custo. Memória Cache Abaixo dos registradores, na pirâmide de memória, temos a memória cache. Em toda execução de uma instrução, a UCP acessa a memória principal, pelo menos uma vez, para buscar a instrução e transferi-la para um dos registradores da UCP. Muitas instruções requerem outros acessos à memória, seja para a transferência de dados para a UCP, que depois serão acessado pela ULA, seja para a transferência do resultado de uma operação da UCP para a memória. Quero dizer com isso, que para a realização do ciclo de uma instrução há sempre a necessidade de ser realizado um ou mais ciclos de memória. Na tentativa de melhorar o desempenho dos sistemas de computação, foi então que os projetistas das UCPs constantemente vêm obtendo velocidades cada vez maiores nas operações dessas unidades, o que não está acontecendo na mesma proporção com o aperfeiçoamento tecnológico das memórias utilizadas como memória principal. Assim, atualmente a diferença de velocidade entre UCP e memória principal é talvez maior do que já foi no passado. Na busca de uma solução para este problema, para este gargalo de congestionamento na comunicação UCP/MP que naturalmente degrada o desempenho dos sistemas, foi desenvolvida uma técnica que consiste na inclusão de um dispositivo de memória entre UCP e MP, e isso é o que chamamos de memória CACHE, cuja função é acelerar a velocidade de transferência das informações entre UCP e MP, e com isso, aumentar o desempenho dos sistemas de computação. Logo, esse tipo de memória é fabricada com tecnologia semelhante a da UCP, e em consequência, possui tempos de acesso compatíveis com a mesma, resultando numa considerável redução da espera da UCP para receber dados e instruções da cache.






Memória Principal O fato da UCP poder acessar imediatamente uma instrução após a outra porque elas estão armazenadas internamente no computador, é o que gera a tamanha importância da memória principal. Desde o princípio de tudo, nos tempos mais primitivos da era da computação, a memória especificada para armazenar os programas e os seus dados a serem executados é a memória principal, que você também pode encontrar em alguma bibliografias sendo chamada de memória real. A memória principal é, então, a memória básica de um sistema de computação desde seus primórdios. É o dispositivo onde o programa que vai ser executado é armazenado para que a UCP busque instrução por instrução, para executá-las. Memória Secundária Na base da pirâmide que vimos, que representa a hierarquia de memória encontra-se um tipo de memória com maior capacidade de armazenamento do que os outros tipos que aqui descrevemos, é de menor custo e tem tempo de acesso superior aos outros tipos. Está é a memória secundária ou memória auxiliar, que tem por objetivo garantir um armazenamento mais permanente dos dados, razão porque naturalmente possui maior capacidade que a memória principal. A memória secundária de um sistema de computação pode ser constituída por diferentes tipos de dispositivos, alguns diretamente ligados ao sistema para acesso imediato e outros que podem ser conectados quando desejado. Vamos tratar agora sobre o Processador Central ou Unidade Central de Processamento - UCP.






Unidade Central de Processamento e Unidade de Controle O processador é responsável pela atividade fim do sistema, quero dizer com isso, que ele é responsável por computar, calcular, processar. Vamos aqui então explorar as funções básicas de um processador, seja qual for o modelo, vamos então definir os dispositivos essenciais que realizam as referidas funções no processador.

Funções básicas do processador ou da UCP O processador ou UCP é um componente vital em qualquer sistema de computação. Na realidade, a UCP é responsável pela realização de qualquer operação que é realizada no computador. Isso significa que a UCP comanda não somente as ações efetuadas internamente, como também, em decorrência da interpretação de uma determinada instrução, ela emite sinais de controle para os demais componentes do computador agirem e realizarem alguma tarefa. Todo processador é construído de modo a ser capaz de realizar algumas operações, denominadas primitivas, tais como: somar, subtrair, mover um dado de um local de armazenamento para outro, transferir um valor para um dispositivo de saída, etc. Essas operações e a localização dos dados que elas manipulam têm que estar representadas na única forma inteligível pelo sistema, que é uma sequência de sinais elétricos, cuja a intensidade, como expliquei para vocês anteriormente corresponde a 0s e 1s. Esses 0s e 1s é que são o que chamamos de instrução de máquina. Uma instrução de máquina é a identificação formal do tipo de operação a ser realizado, contendo um grupo de bits que identifica a operação a ser realizada e outro grupo de bits que permite a localização e o acesso aos dados que serão manipulados na operação. Quero dizer com isso que, por exemplo, se a operação desejada é uma soma, a instrução de máquina correspondente deve conter os bits necessários para






indicar que se trata de soma e onde estão armazenados os valores que deverão ser somados. Funciona da seguinte maneira, para que a execução do referido programa tenha inicio:

As instruções a serem executadas devem estar armazenadas em células sucessivas, na memória principal.

O endereço da primeira instrução do programa deve estar armazenado na UCP para que o processador possa buscar essa primeira instrução.

A função do processador central (UCP) consiste, então, em:

Buscar uma instrução na memória (operação de leitura), uma de cada vez (cujo endereço deve estar armazenado no registrador existente na UCP e específico para esse fim);

Interpretar que operação a instrução está explicitando (pode ser uma soma de dois números, uma multiplicação, uma operação de entrada ou de saída de dados, ou ainda uma operação de movimentação de um dado de uma célula para outra);

Buscar os dados onde estiverem armazenados, para trazê-los até a UCP;

Executar efetivamente a operação com o(s) dado(s), guardar o resultado (se houver algum) no local definido na instrução; e, finalmente,

Reiniciar o processo buscando uma nova instrução. Estas etapas compõem o que se denomina um ciclo de instrução. Este ciclo se repete indefinidamente até que o sistema seja desligado, ou ocorra algum tipo de erro, ou ainda, que seja encontrada uma instrução de parada. Em outras palavras, a UCP é projetada e fabricada com o propósito único de executar sucessivamente pequenas operações matemáticas (ou outras manipulações simples com dados), na ordem e na sequência definidas pela organização do programa.






De forma então simplificada a sequência do funcionamento da UCP é o seguinte:

Simples não é verdade! Vamos dar uma olhada agora na Unidade de Controle.

A unidade de controle ou UC é responsável por gerar todos os sinais que controlam as operações no exterior do CPU, e ainda por dar todas as instruções para o correto funcionamento interno do CPU.

A unidade de controle executa então três ações básicas intrínsecas e pré-programadas pelo próprio fabricante do processador, são elas: busca

(fetch), decodificação e execução.

Assim sendo, todo processador, ao iniciar sua operação, realiza uma operação cíclica, tendo como base essas três ações. Dependendo do tipo de processador, a unidade de controle pode ser fixa ou programável. Unidade Lógica e Aritmética - ULA A ULA ou UAL é o componente da UCP cuja função reside na realização das operações matemáticas requeridas por instruções de máquina. Em geral, temos então que a ULA é basicamente constituída de circuitos dedicados a realizar operações de soma, praticar operações lógicas AND e OR, de um circuito inversor (NOT) e fazer o deslocamento de bits. É possível então chegar a conclusão que a ULA nada mais é do que a unidade central do processador. É como uma calculadora embutida, como a ULA então executa as principais operações lógicas e aritméticas do computador, ela então vai operar desde somas, até divisões.

http://pt.wikipedia.org/wiki/CPU

http://pt.wikipedia.org/wiki/CPU

http://pt.wikipedia.org/wiki/Busca

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fetch

http://pt.wikipedia.org/wiki/Decodifica%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Execu%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessador






Importante ter em mente também que a ULA deve ser capaz de determinar se uma quantidade é menor ou maior que outra e se essa quantidades são iguais. Temos então que a ULA executa funções lógica não só com números mas também com letras. Então se na prova aparecer sobre ULA, lembre ela é uma calculadora eletrônica do processador. Dispositivos de Armazenamento Nós falamos bastante sobre os dispositivos de armazenamento, ao longo da aula, mas principalmente quando falamos sobre memória, obviamente por causa da característica do armazenamento. Como você deve imaginar um dispositivo de armazenamento é um dispositivo capaz de armazenar dados para serem consultados em um determinado momento.

Tipos de dispositivos de armazenamento:

Por meios magnéticos. Exemplos: Disco Rígido, disquete.

Por meios ópticos. Exemplos: CD, DVD.

Por meios eletrônicos. Exemplos: cartão de memória, pen drive.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Disco_R%C3%ADgido

http://pt.wikipedia.org/wiki/Disquete

http://pt.wikipedia.org/wiki/CD

http://pt.wikipedia.org/wiki/DVD

http://pt.wikipedia.org/wiki/Cart%C3%A3o_de_mem%C3%B3ria

http://pt.wikipedia.org/wiki/Pen_drive






4. Resumo da Aula

Vamos agora relembrar algumas das definições mais importantes que estudamos nesta aula. SISD (Single Instruction Stram, Single Data Stream) - Conjunto único de instruções e dados. MISD (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream) - Uma única instrução acessa e manipula um conjunto de dados simultanêamente e a unidade de controle do processador aciona diversas unidades de processamento. SIMD (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream) - O processador opera de modo que uma única instrução acessa e manipula um conjunto de dados simultaneamente e a unidade de controle do processador, aciona diversas unidades de processamento. MIMD (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream) - Melhor desempenho de processamento. Hardware - Conjunto então formado pelos circuitos eletrônicos e pelas partes eletromecânicas do computador. Software - programas, de qualquer tipo ou em qualquer linguagem, que são introduzidos na máquinas para fazê-la trabalhar. UCP (Unidade Central de Processamento) - Processar instruções de maquina. Barramento - interligar todos os componentes de um sistema de computação e também é por ele que fluem os mesmos tipos de informação, dados, endereços e sinais de controle. Memória - É o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações que são ou serão manipuladas por esse sistema, para que elas possam ser prontamente recuperadas, quando for necessário. Write - Escrita ou Gravação Read - Leitura






Memória RAM - Memória de acesso aleatório e é um tipo de memória volátil Memória ROM - Memória apenas de leitura. Memória Cache - Tem a função de acelerar a velocidade de transferência das informações entre UCP e MP. Memória Principal (MP) - Memória básica de um sistema de computação. Memória Secundária - Tem por objetivo garantir armazenamento mais permanente dos dados, podem ser dispositivos que são conectados quando desejado. ULA - componente da UCP cuja função reside na realização das operações matemáticas requeridas por instruções de máquina.






5. Questões Comentadas

1. (Cespe/TJ-SE - 2014 - Analista Judiciário - Engenharia Elétrica) Mediante a unidade lógica aritmética (ULA), realizam-se operações única e exclusivamente entre os conteúdos de registradores, independentemente da arquitetura e da organização computacional utilizada. COMENTÁRIOS: A ULA não realiza operações única e exclusivamente entre os conteúdos de registrados. Gabarito: Errado 2.(FCC - 2012 - TRE-CE - Técnico Judiciário - Operação de Computador) Em relação a memória cache do processador (cache memory), analise: I. A memória cache é uma memória rápida que armazena partes da memória principal, para fornecer um rápido acesso às informações mais utilizadas. II. Quando o processador necessita efetuar a leitura de alguma região de memória, ele primeiramente verifica se a informação referente a essa área se encontra na memória cache. III. Alguns processadores implementam o Trace Cache, que é um tipo de memória cache que armazena instruções já decodificadas, prontas para serem processadas. É correto o que consta em: a) II e III, apenas b) I e II, apenas c) I, II e III d) I e III, apenas e) II, apenas

http://www.questoesdeconcursos.com.br/provas/fcc-2012-tre-ce-tecnico-judiciario-operacao-de-computador






COMENTÁRIOS: Essa ficou fácil, só dava para ficar na duvida na III não é verdade, mas também esta correta, a trace cache é um tipo de memória cache que realmente armazena informações já decodificadas. Gabarito: C 3.(Cespe/TJ-SE - 2014 - Analista Judiciário - Engenharia Elétrica) Em uma arquitetura computacional, o tamanho da instrução, em bits, influencia diretamente o desenvolvimento da implementação e a organização dos bancos registradores. COMENTÁRIOS: Se isso não influenciar eu não sei mais o que influencia, veja novamente que a questão simplesmente esta dizendo que o tamanho da instrução, vai afetar diretamente o desenvolvimento da implementação e da organização dos registradores, não tenha duvida disso, o tamanho influencia sim. Gabarito: Correto 4.(Cespe/CNPQ - Analista em Ciências e Tecnologia Júnior - 2011) Um exemplo de hardware, a unidade central de processamento (CPU), responsável por executar os programas armazenados na memória principal, é composta por duas grandes subunidades: a unidade de controle (UC) e a unidade lógica e aritmética (ULA). COMENTÁRIOS: A UCP independente de quem é o fabricante, hoje traz em sua configuração a UC e a ULA. Gabarito: Correto






5.(Cespe/FUB - Analista de Tecnologia da Informação - 2011) Os blocos funcionais básicos de um computador digital — unidade central de processamento (CPU), memória e portas de entrada e saída — são interligados entre si por meio de barramentos de dados internos à CPU. A CPU executa uma sequência de instruções, ou programa, em memória, a qual armazena as instruções dos programas e os dados necessários à sua execução. As portas de entrada e saída são interfaces com as quais a CPU pode interagir com os dispositivos de entrada e saída. COMENTÁRIOS: Questão certinha, podem até usar ela de resumo. Gabarito: Correto 6.(Cespe/ANAC - Técnico Administrativo - 2009) Os barramentos podem suportar um número variável de dispositivos, permitindo que os usuários acrescentem dispositivos ao computador depois da instalação dos dispositivos iniciais. COMENTÁRIOS: Questão perfeita. De fato os barramentos podem suportar um número variável de dispositivos. Gabarito: Correto 7.(Cespe/Polícia Federal - Agente - 2009) Existem dispositivos do tipo pendrive que possuem capacidade de armazenamento de dados superior a 1 bilhão de bytes. Esses dispositivos podem comunicar-se com o computador por meio de porta USB. COMENTÁRIOS: Essa questão deve ter derrubado muita gente que tremeu quando viu escrito um bilhão, mas ela ta completamente certa, 1 bilhão de bytes é simplesmente 1GB, nada de incomum para um pendrive.






Gabarito: Correto 8.(Cespe/ABIN - Oficial Técnico de Inteligência - 2010) Comandos de E/S de programas são diretamente relacionados a dispositivos de E/S em hardware. O sistema operacional tem a função de gerenciar esses dispositivos e fornecer aos programas uma interface de utilização simples e fácil de usar e, sempre que possível, independente do dispositivo. COMENTÁRIOS: Esse é o tipo de questão que o avaliador tentou te levar ao erro, esta tudo certo, mas por incrível que pareça se aquele sempre que possível não estivesse ali, teríamos problemas, e tem muita gente que no cansaço da prova, nem vê ele e marca errado, mas a questão esta correta. Gabarito: Correto 9.(Cespe/ANAC - Analista Administrativo - Tecnologia da Informação - 2009) Na área de arquitetura de computadores, o espaço de endereçamento determina a capacidade de um processador acessar um número máximo de células da memória, então um processador que manipula endereços de E bits é capaz de acessar, no máximo, E² células de memória. COMENTÁRIOS: Coloquei essa questão aqui só para ensinar um calculo, vamos lá então: Um processador que manipula endereços de E bits é capaz de acessa, no máximo, 2E Logo a questão esta errada por dizer que é E². Gabarito: Errado






10.(Cespe/Polícia Federal - Perito Criminal - 2013) A respeito dos princípios de sistemas operacionais, das características dos principais processadores do mercado e dos processadores de múltiplos núcleos, julgue os itens subsequentes. Por meio da técnica de pipeline, a arquitetura MIMD e a MISD podem executar múltiplos threads ao mesmo tempo. Na arquitetura MISD, os threads executados são independentes e manipulam dados diferentes. COMENTÁRIOS: Se você retornar a explicação que dei sobre a arquitetura MISD, nas primeiras páginas vai notar que a arquitetura MISD a manipulação é de um único conjunto de dados. Gabarito: Errado

6. Lista das Questões Utilizadas na Aula.

1. (Cespe/TJ-SE - 2014 - Analista Judiciário - Engenharia Elétrica) Mediante a unidade lógica aritmética (ULA), realizam-se operações única e exclusivamente entre os conteúdos de registradores, independentemente da arquitetura e da organização computacional utilizada. 2.(FCC - 2012 - TRE-CE - Técnico Judiciário - Operação de Computador) Em relação a memória cache do processador (cache memory), analise: I. A memória cache é uma memória rápida que armazena partes da memória principal, para fornecer um rápido acesso às informações mais utilizadas. II. Quando o processador necessita efetuar a leitura de alguma região de memória, ele primeiramente verifica se a informação referente a essa área se encontra na memória cache. III. Alguns processadores implementam o Trace Cache, que é um tipo de memória cache que armazena instruções já decodificadas, prontas para serem processadas.

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É correto o que consta em: a) II e III, apenas b) I e II, apenas c) I, II e III d) I e III, apenas e) II, apenas 3.(Cespe/TJ-SE - 2014 - Analista Judiciário - Engenharia Elétrica) Em uma arquitetura computacional, o tamanho da instrução, em bits, influencia diretamente o desenvolvimento da implementação e a organização dos bancos registradores. 4.(Cespe/CNPQ - Analista em Ciências e Tecnologia Júnior - 2011) Um exemplo de hardware, a unidade central de processamento (CPU), responsável por executar os programas armazenados na memória principal, é composta por duas grandes subunidades: a unidade de controle (UC) e a unidade lógica e aritmética (ULA). 5.(Cespe/FUB - Analista de Tecnologia da Informação - 2011) Os blocos funcionais básicos de um computador digital — unidade central de processamento (CPU), memória e portas de entrada e saída — são interligados entre si por meio de barramentos de dados internos à CPU. A CPU executa uma sequência de instruções, ou programa, em memória, a qual armazena as instruções dos programas e os dados necessários à sua execução. As portas de entrada e saída são interfaces com as quais a CPU pode interagir com os dispositivos de entrada e saída. 6.(Cespe/ANAC - Técnico Administrativo - 2009) Os barramentos podem suportar um número variável de dispositivos, permitindo que os usuários acrescentem dispositivos ao computador depois da instalação dos dispositivos iniciais.






7.(Cespe/Polícia Federal - Agente - 2009) Existem dispositivos do tipo pendrive que possuem capacidade de armazenamento de dados superior a 1 bilhão de bytes. Esses dispositivos podem comunicar-se com o computador por meio de porta USB. 8.(Cespe/ABIN - Oficial Técnico de Inteligência - 2010) Comandos de E/S de programas são diretamente relacionados a dispositivos de E/S em hardware. O sistema operacional tem a função de gerenciar esses dispositivos e fornecer aos programas uma interface de utilização simples e fácil de usar e, sempre que possível, independente do dispositivo. 9.(Cespe/ANAC - Analista Administrativo - Tecnologia da Informação - 2009) Na área de arquitetura de computadores, o espaço de endereçamento determina a capacidade de um processador acessar um número máximo de células da memória, então um processador que manipula endereços de E bits é capaz de acessar, no máximo, E² células de memória. 10.(Cespe/Polícia Federal - Perito Criminal - 2013) A respeito dos princípios de sistemas operacionais, das características dos principais processadores do mercado e dos processadores de múltiplos núcleos, julgue os itens subsequentes. Por meio da técnica de pipeline, a arquitetura MIMD e a MISD podem executar múltiplos threads ao mesmo tempo. Na arquitetura MISD, os threads executados são independentes e manipulam dados diferentes.






7. Gabarito.

1- Errado

2- C

3-Correto

4-Correto

5-Correto

6-Correto

7-Correto

8-Correto

9-Errado

10 - Errado

Foi um prazer estar aqui você e espero te encontrar na nossa aula 01, fique com Deus, bons estudos e que Deus te abençoe meu amigo. Abração Prof. Pedro Freitas

Corra de tal modo que alcance o prêmio!

1 Coríntios 9:24

arquitetura de computadores

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