COMPUTADOR

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Adão de Melo Neto

INTRODUÇÃO� PROGRAMA

– É um conjunto de instruções� LINGUAGEM BINÁRIA

– Os caracteres inteligíveis não são A, B, +, 0, etc., mas apenaszero(0) e um (1).

– É uma linguagem de comunicação dos computadores.– É denominada linguagem de máquina

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– É denominada linguagem de máquina

– É de difícil manipulação

� EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES (segundo elementos de suaorganização)– válvulas, transistores, circuito integrado, pastilhas (chips) de alta

e muito alta integração.

Modelo de Von Newman� INTRODUZIU O CONCEITO DE MEMÓRIA:

– É um dispositivo de armazenamento temporário onde programas(e dados) podem ser carregados a partir de uma unidade deentrada , para serem executados pela unidade aritmética elógica , com os resultados sendo transferidos da memória parauma unidade de saída , tudo isso sob a coordenação de umaunidade de controle .

– Ela garantiu a flexibilidade (o computador tem seu funcionamento

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– Ela garantiu a flexibilidade (o computador tem seu funcionamentoalterado de acordo com programa e dado carregado)

Modelo de Von Newman� Propôs a NUMERAÇÃO BINÁRIA

– Economiza tempo nas operações– Garante a simplicidade dos circuitos

� Propôs o conceito RELÓGIO DO COMPUTADOR– Dispositivo que produz um sinal elétrico 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� Memória;� Barramento (novo elemento):

– barramento de dados,– barramento de endereço e– barramento de controle

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– barramento de controle

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.

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unidirecional

bidirecional

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

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Modelo Barramento de Sistema

CONCEITOS� BIT

– É a menor unidade de informação armazenáveis em umcomputador. É a contração das palavras inglesas Binary Digit . Obit pode ter, então, somente dois valores: 0 e 1.

� CARACTERE– É o menor grupo de bits representando uma informação útil e

inteligível para o ser humano. – Letra “v” ==> 0111 0110

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� BYTE – É o grupo de 8 bits– 1KB representa 210 = 1.024 bytes– 1MB representa 1.024 * 1.024 = 210 *210 = 1.048.576 bytes– Quantos bytes existem em 5 MB ?

MEMÓRIA

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Hierarquia de Memória

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Memória (conceitos) � MEMÓRIA VOLÁTIL

– É aquela que perde a informação armazenada quando a energia elétricadesaparece

� MEMÓRIA DE SEMICONDUTORES

– Fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores.. Noteque estas memórias são construídas com Flip-flops (que por sua vez sãoconstruídas com portas lógicas, que por sua vez são implementadas com quecomponentes eletrônicos semicondutores como o diodo e o transistor). Vertambém a aula sobre circuito integrado.

– São rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos.

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– São rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos.

– Registradores e memória principal são exemplos

– Volátil

� MEMÓRIA DE MEIO MAGNÉTICO

– Disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas

– Armazenam informações sob a forma de campos magnéticos.

– Não volátil

� TEMPO DE ACESSO (inverso da velocidade)

– É o período de tempo gasto desde o instante em que foi iniciada a operação de acesso até que a informação requerida (instrução ou dado) tenha sido efetivamente transferida.

Memória (conceitos) � Podemos classificar as memórias de semicondutores conforme abaixo

discriminado.

� Como vermos as memórias ROM são também memórias de acessoaleatório . O mercado incorreu em um erro ao denominar as dememórias RAM somente as R/W.

� Memória de Acesso aleatório: memória cujas posições de memóriapodem ser acessadas aleatoriamente

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Hierarquia de Memória� REGISTRADOR

– São dispositivos de armazenamento temporário, localizados na CPU,extremamente rápidos, com capacidade para apenas um dado (uma palavra ).

– Memória de semicondutores� MEMÓRIA CACHE

– Pequena porção de memória cache, localizada entre a CPU e a MP, e quefunciona como um espelho de parte da MP. Objetiva aumentar a velocidade deacesso aos dados da MP por parte da UCP.

– Mais rápida que a memória principal, mas mais cara– Memória de semicondutores

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– Memória de semicondutores� MEMÓRIA PRINCIPAL

– Onde os programas e dados devem estar armazenados para execução peloprocessador

– Voláteis– Memória de semicondutores

� MEMÓRIA SECUNDÁRIA– Resolve o problema do armazenamento em grandes quantidades– Não voláteis– Memória de meio magnético

MEMÓRIA PRINCIPAL

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Caminho percorrido pelo dados até o processador

A memória cache visa aumentar a velocidade de

acesso as dados

Memória tipo RAM e ROM� RAM

– RAM - Random Access Memory

– Memória de acesso aleatório

– Voláteis (perde os dados se perdem com a falta de energia)� ROM

– Todo sistema computacional utiliza uma parte do endereçamen to damemória principal com memórias do tipo ROM.

– Os microcomputadores do tipo PC, vêm de fábrica com um conjun to derotinas básicas do SO armazenadas em ROM, denominadas de BIOS

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rotinas básicas do SO armazenadas em ROM, denominadas de BIOS(Basic Input Output System)

– Read Only Memory

– Memória de acesso aleatório de somente para leitura (questão de segurança,os VÍRUS não podem ser gravados nesta memória)

– Não voláteis.� ROMs reutilizáveis

– EPROM– EEPROM– MEMÓRIA FLASH

Memórias tipo ROM� ROMs reutilizáveis

– São memórias úteis em programas de sistemas (controle de víd eo,modens, dispositivos de E/S) pois eventualmente o fabrican te necessitacriar uma nova versão.

– EPROM• Erasable Programmable Read Only Memory ou memória apenas de

leitura, programável (escrita de bits) e apagável (com máquinasadequadas, à base de raios ultra-violeta).

– EEPROM (ou EAROM)

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• Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ou memóriaapenas de leitura, programável e eletronicamente apagável. .

• A programação (escrita de bits), o apagamento da memória areprogramação são feitas sobre o controle da UCP, isto é por software.

– FLASH• Processo de funcionamento bastante semelhante a da EEPROM,

embora o processo de apagamento não poder ser realizado a nível debytes como na EEPROM.

MEMÓRIA PRINCIPAL� É a área de trabalho da UCP, seu grande rascunho, onde seus

programas ( e seus dados) se sucedem em execução, uns após osoutros.

� Para que programas sejam executados é necessário que suasinstruções e os dados por elas manipulados estejam armazenados,mesmo que temporariamente na MP. Eles estão normalmentearmazenados na MS (memória secundária), seja, um HD ou um CD-ROM.

� São constítuídas por mémórias do tipo RAM e ROM

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� São constítuídas por mémórias do tipo RAM e ROM

MEMÓRIA PRINCIPAL� A capacidade de memória refere-se à quantidade de informações que

nela podem ser armazenadas, cuja unidade básica é o bit.� Exemplo: 512 bits, 16.384 bits e 8.388.608 bits� É possível simplificar através do emprego de unidades com K (kilo), M

(mega), G(giga) e T (tera).

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Expressões para capacidadede uma memória

MEMÓRIA PRINCIPAL� Vamos supor que tenhamos em uma MP com N células contendo M bits� Os endereços vão de 0 a (N-1)� Seja x o número de bits para representar os endereços das N células.

� Logo, N = 2x � x = log2 N.

� A capacidade da memória é de M.N

EXEMPLO

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EXEMPLO

MP com N=1024 (1K) endereçosx= log2 1024 =10

Portanto são necessários x= 10 bits para representar os N endereços.

SupondoM=8, a memória tem uma capacidade de 1K.8=8 K bits = 8.210 bits

MEMÓRIA PRINCIPAL

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MP com mesma quantidade de células (256), porém com largura de céluladiferente

Qual é o valor de x neste caso ?

X = log2256 � x=8 bits (log2256 = log10256/0,301)

Qual a capacidade da memória em cada caso ?MP1 = 256 x 12 = 3072 bitsMP2 = 256 x 16 = 4096 bits MP3 = 256 x 8 = 2048 bits

log 2 x =y � 2x = y

MEMÓRIA PRINCIPAL

MP com mesma largura de célula, porém com quantidade de células diferentes

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Qual é o valor de x em cada caso ?

MP1 = 16 bits MP2 = 24 bits MP3 = 32 bits

Qual é a capacidade da memória em cada caso ?

MP1 = 216 x 8 bits MP2 = 224x8 bits MP3 = 232 x 8 bits

MEMÓRIA PRINCIPAL

N = 2K = 2 x 210

M = 16 bits

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NTotal de bits da MP (capacidade ) = N x M = 16 x 2 K = 32 K

Tamanho de cada endereço � X = log2N = 11 bits

MEMÓRIA PRINCIPAL� OPERAÇÕES COM A MEMÓRIA PRINCIPAL

– LEITURA: armazena informações na memória– ESCRITA: recupera uma informação armazenada na memória]

� Elementos que compõem a estrutura MP/UCP e que são utilizadasnestas operações

24REM (registrador de endereço de memória)RDM (registrador de dados de memória)

MEMÓRIA PRINCIPAL

N = 2K = 2 x 210

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N = 2K = 2 x 210

M = 16 bits

Tamanho do REM � X = log2N = 11 bitsTamanho do RDM � M = 16 bitsQual o maior endereço dessa MP = 111111111112 = 204710Total de bits que pode ser armazenada na MP = N x M = 16 x 2 K = 32 K

MEMÓRIA PRINCIPAL� OPERAÇÃO DE LEITURA

– Unidade de controle (UC) da UCP: transfere o endereço 1324, de um de seusregistradores específicos para o REM (registrador de endereço de memória)

– Unidade de controle (UCP) da CPU: coloca o sinal de leitura (READ) no bar-ramento de controle para indicar aos circuitos de controle da MP o que fazer emseguida.

– MP: decodifica o endereço recebido (1024, pelo barramento de endereços) etransfere seu conteúdo para o RDM (através do barramento de dados).Do RDM,então, a informação é transferida para o elemento da UCP, destinatário final.

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MEMÓRIA PRINCIPAL� OPERAÇÃO DE ESCRITA

– Unidade de controle (UC) da UCP: coloca o endereço 21C8 no REM (registradorde endereço de memória) e o dado a ser copiado no RDM (F7).

– Unidade de controle (UCP) da CPU: coloca o sinal de escrita (WRITE) no bar-ramento de controle para indicar aos circuitos de controle da MP o que fazer emseguida.

– MP: como resultado da decodificação do endereço pelo dispositivo de controle damemória, o valor F7 é copiado na célula desejada, de endereço 21C8

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MEMÓRIA PRINCIPAL� MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR

– Vamos supor que temos uma memória com N=1024 endereços de células, comM=8 bits cada uma.

– Nesta caso teríamos uma REM como 10 bits pois x=log2(1024). A saída dodecodificador são 1024 linhas, uma para cada célula da memória

M=8

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N=1024

10 bits

MEMÓRIA PRINCIPAL� MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR

– Tomemos por exemplo o endereço 1210 ou 0000000011002,armazenado no REM. Isto acarretaria uma saída 1 na 13ª linha dodecodificador, correspondente ao endereço 12 ( 13ª linha, porque oprimeiro endereço é 0). As demais linhas do decodificador seriamiguais a 0

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13a LINHA

MEMÓRIA PRINCIPAL� MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR

– Iremos mostrar um exemplo de uma memória principal com 12 bit s decapacidade distribuídos em N=4 células com M=3 bits cada uma (12 =4x3)

M =3

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N =4E = 2 pois E = log24 = 2

MEMÓRIA PRINCIPAL� MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR

– CÉLULA BÁSICA DE MEMÓRIA COM 01 BIT (escrevendo valor 1)

ENTRADA = 1

Seleção (S) =1

11

1

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0 11

Habilita a Escrita (W) do

valor de entrada

= 1

SET

MEMÓRIA PRINCIPAL� MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR

– CÉLULA BÁSICA DE MEMÓRIA COM 01 BIT (escrevendo valor 0)

10

0

ENTRADA = 0

Seleção (S) =1

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1 00

Habilita a Escrita (W) do

valor de entrada

= 1

RESET

MEMÓRIA PRINCIPAL� MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR

– CÉLULA BÁSICA DE MEMÓRIA COM 01 BIT (manter o valor atual)

SELEÇÃO = 1

10

VALOR

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Habilita a Escrita =0

0 0 VALORMANTIDO

MEMÓRIA PRINCIPAL� MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR (4 células com 03 bits cada)

ENTRADA DE DADOSREM constituído de dois flip-flops para selecionar até 4 células

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Habilitação da escrita

Habilitação da leituraDos valores armazenados na saídaDos flip-flops

MEMÓRIA PRINCIPAL� MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR

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Visão Expandida do Decodificador