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COMPUTADOR

Adão de Melo Neto

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INTRODUÇÃO PROGRAMA

– É um conjunto de instruções

LINGUAGEM BINÁRIA

– Os caracteres inteligíveis são apenas zero(0) e um (1).

– É uma linguagem de comunicação dos computadores.

– É denominada linguagem de máquina

– É de difícil manipulação

EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES (segundo elementos de sua

organização)

– válvulas, transistores, circuito integrado, pastilhas (chips) de alta

e muito alta integração.

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Modelo de Von Newman I - INTRODUZIU O CONCEITO DE MEMÓRIA:

– Memória é um dispositivo de armazenamento temporário onde

(a) programas (e dados) podem ser carregados a partir de uma

unidade de entrada,

– (b) para serem executados pela unidade lógica e aritmética,

– (c) com os resultados sendo transferidos da unidade de saída,

– (d) tudo isso sob a coordenação de uma unidade de controle.

– Von Newman garantiu a flexibilidade de um sistema

computacional, pois um computador pode ter tem seu

funcionamento alterado de acordo com programa e dado

carregado.)

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Modelo de Von Newman II - Propôs a NUMERAÇÃO BINÁRIA

– Economiza tempo nas operações

– Garante a simplicidade dos circuitos

III - Propôs o conceito RELÓGIO DO COMPUTADOR

– Dispositivo que produz um sinal periódico para cadenciar

todas as operações do computador .

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Modelo Barramento de Sistema É uma evolução do Modelo de Von Newman

Processador (UCP)

unidade de controle + unidade lógica aritmética +

registradores

Memória;

Barramento

– barramento de dados,

– barramento de endereço e

– barramento de controle

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Modelo Barramento de Sistema Barramento de Endereços

– Transporta os sinais de endereço até a memória.

– Determinam qual a posição de memória que irá ser lida ou escrita.

– Observação:

• A informação dessa posição de memória, que está sendo lida ou

escrita transita pelo barramento de dados, que é bidirecional.

unidirecional

bidirecional

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Modelo Barramento de Sistema Barramento de Controle

– Indica qual a operação que vai ser realizada:

• leitura ou escrita, na maior parte dos casos

– Possui também sinais para

• A arbitragem do barramento a ser utilizado e

• Para determinar quem vai utilizar o barramento naquele momento, que pode

ser tanto a UCP como a unidade de entrada/saída.

Modelo Barramento de Sistema

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UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO

São funções da UCP, executar as instruções e controlar as

operações no computador.

Um programa, para ser executado pelo processador, deve ser

constituído de uma série de instruções de máquina armazenadas em

células sucessivas da MP.

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O ciclo de instrução da CPU consiste em:

IR = A4

PC = 2

SOMA

3A25 e 172C

ENDEREÇOS 2,3,4 e 5

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•Este ciclo de instrução se repete indefinidamente até que o sistema

seja desligado, ou ocorra algum tipo de erro, ou seja, encontrada uma

instrução de parada.

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As atividades ( ou funções) realizadas pela UCP

são divididas em duas grandes categorias :

processamento

e

controle.

.

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(UCP)

ou

PROCESSADOR

FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO

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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP

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•O dispositivo principal desta atividade é chamado ULA(Unidade Lógica e

Aritmética).

•Os demais componentes são os registradores, que servem para

armazenar dados (ou para guardar resultados) a ser usados pela ULA.

•A interligação entre estes componentes é efetuada pelo barramento

interno da CPU.

•A ULA é o dispositivo que realmente executa as operações lógicas ou

aritméticas sobre os dados. Tais operações podem ser:´ • SOMA, SUBRAÇÃO,MULTIPLICAÇÃO, DIVISÃO

• DESLOCAMENTO

• AND, OR , NOT

• NEGAÇÃO

• COMPARAÇÃO,

• etc.

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•ULA (UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA)

• A ULA é um aglomerado de circuitos.

• Possui duas entradas para operandos das operações. Por

exemplo SOMA (3A25 + 172C), onde a operação é SOMA

(representado pelo código A4) e os operandos são 3A25 e 3A25 .

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•Relembrando ... alguns circuitos que implementam uma ULA.

COMPARADOR

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• Porque existem os REGISTRADORES ?

• Por que um dado deve permanecer mesmo que por um breve

instante, armazenado em um registrador (a memória da UCP ):

• (1) Para que o dado seja transferido para a ULA

• (2) E também para que o resultado de uma operação realizada

na ULA possa ser reutilizado mais adiante (por outra instrução)

ou ser, em seguida, transferido para a memória.

• Há sistemas nos quais o registrador acumulador (ACC), além de

armazenar dados, serve de elemento de ligação da ULA com os

restantes dispositivos da CPU.

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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP • Outros REGISTRADORES ?

• A CPU possui sempre outros registradores com funções específicas

ou que executam função de controle.

• Registrador de Instrução (RI)

• contador de instrução (CI)

• registrador de Endereço de Memória (REM)

• Registrador de Dados de Memória (RDM).

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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP •INFLUÊNCIA DO TAMANHO DA PALAVRA

• A capacidade de processamento de uma UCP(a velocidade com que realiza

o ciclo de uma instrução) é determinada pelo tamanho de sua palavra.

• Vamos realizar a soma de dois valores, A = 3A25 e B = 172C (com 16 bits

cada um).

• A referida soma será simulada em 2 sistemas de computação que possuem

memória principal com células de 8 bits:

• O sistema 1 trabalha com palavras de 8 bit.

• O sistema 2 trabalha com palavras de 16 bits.

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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP •INFLUÊNCIA DO TAMANHO DA PALAVRA

• A capacidade de processamento de uma UCP(a velocidade com que realiza

o ciclo de uma instrução) é determinada pelo tamanho de sua palavra.

• Vamos realizar a soma de dois valores, A = 3A25 e B = 172C (com 16 bits

cada um).

• A referida soma será simulada em 2 sistemas de computação que possuem

memória principal com células de 8 bits:

• O sistema 1 trabalha com palavras de 8 bit.

• O sistema 2 trabalha com palavras de 16 bits.

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Influência do Tamanho da Palavra

(SISTEMA 01)

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(SISTEMA 01)

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(SISTEMA 02)


(SISTEMA 02)

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(UCP)

ou

PROCESSADOR

FUNÇÃO DE CONTROLE


Em Azul

F

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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP •É a parte funcional da CPU que realiza as atividades de:

• 1) Busca de instrução a ser executada, armazenando-a no RI

(registrador de instrução)

• 2) Interpretação das ações a serem desencadeadas com a instrução

(realizada pelo decodificador)

• 3) Geração de sinais de controle para a execução da instrução. Esses

sinais de controle são enviados aos diversos componentes do sistema,

sejam internos da CPU (como a ULA) ou externos (como a memória ou

E/S).

1

2

3

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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP

•Os dispositivos que fazem parte desta área funcional

são: • 1) Unidade de controle (UC);

• 2) Decodificador;

• 3) Registrador de instrução (RI);

• 4) Contador de Instrução (CI);

• 5) Relógio (Clock) ou gerador de sinais;

• 6) Registradores de endereço de memória (REM)

• 7) Registrador de dados da memória (RDM).

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•RELÓGIO: • Um ciclo de relógio ou de máquina (gerado por um cristal de

quartzo) é o intervalo de tempo entre o início de um pulso e o

início do seguinte.

• Uma operação elementar (busca da instrução, por exemplo)

realiza-se em diversos passos no ciclo de instrução (de uma

instrução de SOMA por exemplo) e, por essa razão, costuma-se

dividir o ciclo em subciclos defasados no tempo, de modo que

cada um aciona um passo diferente da operação elementar.


•UNIDADE DE CONTROLE: • 1) Tem como função executar a instrução armazenada no RI através de

sinais de controle que emite em instantes de tempo programados

(subciclos). Esses sinais de controle são enviados aos diversos

componentes do sistema, sejam internos da CPU (como a ULA) ou externos

(como a memória ou E/S)

• 2) Os sinais de controle emitidos ocorrem em vários instantes durante o

período de realização de um ciclo de instrução 3) que são cadenciados pelo

gerador de sinais conhecido como relógio

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1

3

3 1 2


• DECODIFICADOR DE INSTRUÇÃO

• 1) Dispositivo utilizado para identificar as operações a serem realizadas

(operações que estão correlacionadas à instrução em execução) 2) acionando

uma entrada específica da UC, 3) que por sua vez saberá que sinais devem ser

emitidos.

• Cada instrução é uma ordem para que a CPU realize uma operação. É necessário

que cada instrução possua uma identificação própria e única. A unidade de

controle está, por sua vez, preparada para sinalizar adequadamente aos diversos

dispositivos da CPU, conforme ela tenha identificado a instrução a ser executada.

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0101

0

1

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• DECODIFICADOR DE INSTRUÇÃO

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LEMBRA ???

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• RDM e REM: • São os registradores utilizados pela CPU e memória para

comunicação e transferência de informação. • RDM: possui um tamanho igual ao da palavra e do barramento de dados.

• REM: possui um tamanho igual ao dos endereços da memória (e barramento

de endereços).


• REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO (RI): • Armazena a instrução a ser executada pela UCP. (1)

• Ao se iniciar um ciclo de instrução, a (1) UC emite o sinal de

controle que acarretará a realização de um ciclo de leitura para

(2) buscar a instrução na memória (uma cópia dela), e que, (3)

via barramento de dados e (4) RDM, será (5) armazenado no RI.

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1

2

3 4

5

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• CONTADOR DE INSTRUÇÃO (CI): • Armazenar o endereço da próxima instrução a ser executada.

• Tão logo a instrução que vai ser executada seja buscada (lida) da

memória para a CPU (início do ciclo de instrução), o sistema

providencia a modificação do conteúdo do CI de modo que ele

passe a armazenar o endereço da próxima instrução na

seqüência

CI = 6

CI = 1

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