organização de computadores - resumo(1)

7/25/2019 Organizao de Computadores - Resumo(1)

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Organizao de Computadores

Computador: Podemos dizer que a sua funo transformar dados em informaes.

Dado a matria prima obtida na etapa de coleta (entrada).

Informao o resultado obtido pelo tratamento destes dados (sada).

Etapas bsicas de processamento:DADOS(entrada), PROCESSAE!"Oe I!#ORA$%O(sada).

Processador: funes bsicas so ler, interpretar instrues e realizar operaes matemticas.

em&ria: istema de armazenamento e recuperao de dados. !ada dispositi"o de mem#riapossui caractersticas diferentes. $ mem#ria principal di"idida em partes endere"eis(endereos) onde as informaes esto armazenadas e de onde podem ser recuperadas.

Dispositi'os de entrada e Sa(da:Permite a comunicao entre o sistema de computao e omeio e%terior con"ertendo a lin&ua&em utilizada pelo sistema em lin&ua&em do mundo e%terior e"ice'"ersa.

)arramento: !onunto de os que conduz sinais eltricos entre os componentes. *mbarramento pode ser composto por um ou mais os em funo da quantidade de bits que irtransportar. *m barramento constitudo de uma parte para endereo, uma para dados e outrapara controle.

#undamentos da Programao:+ualquer processamento de dados requer a e%ecuo deuma srie de etapas que podem ser realizadas por um computador. stas etapas ordenadas sodenominadas al&oritmos. - computador possui uma lin&ua&em pr#pria (lin&ua&em binria) parareceber ordens. o entanto, pro&ramar em lin&ua&em binria insano, pois utilizam apenas doiscaracteres: / e 0. 1odas as informaes e todos os dados coletados so representados por

sequ2ncias de / e 0, que so con3ecidos como bits. - termo bit formado pelas duas primeirasletras da pala"ra )Inar4 e da 5ltima letra da pala"ra di&i".

6in&ua&ens de Pro&ramao: Para tornar a pro&ramao poss"el, foram desen"ol"idaslin&ua&ens de um n"el mais alto, ou sea, mais pr#%imas do entendimento 3umano c3amadas&enericamente de lin&ua&ens de pro&ramao. %:*a'a+ C+ C,,+ Cobo- e De-p.i/

#uno dos compi-adores:!on"erter um pro&rama escrito em uma lin&ua&em de alto n"elem c#di&o binrio. - arqui"o resultante c3amado c#di&o obeto.

#uno dos -igadores:$&re&ar m#dulos em um 5nico pro&rama, inserindo informaes de

relocao de endereos e refer2ncia entre os m#dulos. - arqui"o resultante c3amado c#di&oe%ecut"el.

Sistema Operaciona-: !onunto de pro&ramas que permite a interao entre o usurio e ocomputador. %: 0inu1+ 2indo3s 4P+ 2indo3s 5ista+ 2indo3s 6/

$s 7nidades de informaoso denomindadas: 7it, 74te, 8ord e 95ltiplos. $l&umas como"oc2 pode perceber, "2m do idioma in&l2s.

- )it: a unidade para composio de uma informao. - bits8 e9 so os al&arismos nanumerao binria e, com estes dois al&arismos, todos os demais n5meros podem serrepresentados.

- )te a unidade mnima de informao composta por bits.


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- 2ord a unidade de armazenamento e recuperao de uma informao; m5ltiplo de b4te.

-s ;-tip-os. stes so representados pela pot2ncia de (> ? 0/'0).

Combina>>). e, no entanto, utilizarmos a basebinria, para os mesmo @ d&itos, tem'se n5meros distintos (de / a A).


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Au-a 8=

$ con'erso entre bases, consiste em representar um n5mero em uma outra base e, paraisso, sero apresentados al&oritmos de con"erso.

De Decima- para )inrio e >e1adecima-:Bi"idir o n5mero decimal pela base,%trair o restocomo al&arismo e coloc'lo C esquerda do anterior enquanto o quociente da di"iso for diferentede /.

De)inrio e >e1adecima- para Decima-: 9ultiplicar cada al&arismo pela pot2ncia da basereferente C posio do al&arismo e somar todos os resultados.

Da )ase)inria para a )ase >e1adecima-: !ada conunto de D bits representa um d&ito em3e%adecimal, pois com D bits podemos escre"er 0= n5meros diferentes (


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Comp-emento a )ase?9:!omplemento a diferena entre cada al&arismo do n5mero e omaior al&arismo poss"el na base. $ utilizao da representao em complemento simplica asubtrao entre dois n5meros. - n5mero que ser subtrado (ne&ati"o) substitudo pelorespecti"o complemento e, ento, somado. !onsiderando a utilizao de base binria, a operao feita atra"s de complemento a 0, que se resume na in"erso de todos os d&itos.

Comp-emento a )ase: $ representao mais utilizada para n5mero ne&ati"os corresponde aocomplemento C base, que, no caso de base binria, c3amado de complemento a


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$s operaes l#&icas podem ser representadas de duas maneiras: Representaomatemtica/ S(mbo-o grco/

!ada operao possui um s(mbo-o grcoconforme descrito a se&uir.

"A)E0A 5ERDADE E E4PRESSES 0BICAS

%presso l#&ica uma e%presso al&brica formada por "ari"eis l#&icas e por smbolosrepresentati"os de operaes l#&icas.- "alor do resultado de uma e%presso l#&ica pode ser obtido

por uma tabela'"erdade construda com todas as possibilidades de entrada e as correspondentessadas.


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$ Jl&ebra 7ooleana uma rea da 9atemtica que trata de re&ras e elementos de l#&ica. $ssimcomo na Jl&ebra comum, a Jl&ebra 7ooleana trata de "ari"eis e de operaes com estas"ari"eis, porm utiliza "ari"eis binrias em que o "alor 0 equi"ale C condio "erdadeira e o"alor /, C condio falsa.

ODE0O DE 5O! !E7A!!

7m Pouco de >ist&ria:Ko3n Lon eumann foi um matemtico 35n&aro (0>/@'0>EA) comdi"ersas contribuies si&nicati"as na matemtica e na fsica. Moi professor da *ni"ersidade dePrinceton e um dos construtores do F$!. $ sua &rande contribuio para a computao foi proporque os dados lidos em cartes perfurados fossem &ra"adas na mem#ria do computador.

A contribuio de 5on !eumann para a computao prop


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$ e%ecuo de um pro&rama ocorre sequencialmente, por ordem de endereos, e%ceto se forfeita al&um des"io e%plcito no pro&rama.

COPOSI$%O DO ODE0O: - 9odelo proposto por Lon eumann (0>DE) formado por uma!P*, mem#ria, unidade de entrada e unidade de sada, conectados entre si atra"s de umbarramento.

A CP7+ POR S7A 5EF+ G COPOS"A POR:

7nidade 0&gico?AritmHtica:respons"el pelas e%ecuo de operaes l#&icas e aritmticasefetuando transformaes sobre os dados

7nidade de Contro-e:respons"el pela interpretao e e%ecuo de comandos

Registradores Internos:conunto de clulas que funcionam como pequenas mem#rias paraleitura e &ra"ao temporria de dados.

EBRIA:

Comunicao CP7em&ria: $ comunicao entre !P* e mem#ria utiliza dois re&istradoresespeccos:

RD JRegistrador de Dados da em&riaK' $rmazena o endereo da pala"ra na mem#ria

RE @ JRegistrador de Endereos da em&riaK' $rmazena o conte5do da pala"ra lida ouque ser escrita na mem#ria

)ARRAE!"O:

Conectam CP7em&riaContro-adores de dispositi'os de ES/

So di'ididos em = partes:

0' !ontrole: dene o tipo de operao


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O *nidade 6#&ico aritmtica

CO!*7!"O DE I!S"R7$ES:1odo o processador fabricado contendo um conunto deinstrues que dene quais operaes ele pode realizar.

A I!S"R7$%Outiliza re&istradores de uso &eral para armazenamento temporrios dos dadosque sero processados e de uso especco para funes pr denidas de controle ou destinadas auma forma de armazenamento implcito.

A"E!$%O: in&um pro&rama diretamente utilizando as instrues do processadorQ -spro&ramas so desen"ol"idos em lin&ua&ens de alto n"el. -s compiladores so respons"eis portransformar este pro&rama para uma lin&ua&em de monta&em ($ssembl4) , que a representaote%tual das instrues como, por e%emplo, $BB, 9-L, F! etc.

"IPOS DE I!S"R7$%O: %istem tr2s tipos de instruo: as Fnstrues aritmticas e l#&icas, asFnstrues de mo"imentao de dados e as Fnstrues de transfer2ncias de controle.

I!S"R7$ES ARI"G"ICAS E 0BICAS: Healizam operaes aritmticas ($BB, *7 ...) el#&icas ($B, -H).

I!S"R7$ES DE O5IE!"A$%O DE DADOS:1ransferem dados entre re&istradores ou entrere&istrador e mem#ria principal (9-L ).

I!S"R7$ES DE "RA!S#ERN!CIAS DE CO!"RO0E:%ecutam o des"io do Ru%o sequencialdo c#di&o.

A"E!$%O: $l&uns processadores possuem ainda instrues para tratamento de ponto Rutuante,manipulao de bits e manipulao de cadeias de caracteres (strin&s).

E4EC7$%O DE 7A I!S"R7$%O: $ e%ecuo de uma instruo di"idida em etapas. oelas:

#ORA"O )MSICO DE 7A I!S"R7$%O: *ma instruo possui dois formatos bsicos, queso:

O !#di&o da operao e O -perando

$s instrues podem ter mais de um operando ou nen3um operando.

C&digo de Operao:Fndica que operao ser e%ecutada. $ quantidade de bits destinada aeste c#di&o determina o n5mero m%imo de instrues poss"eis.


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Operando:Fndica o(s) dado(s) que ser(o) manipulado(s). -peraes aritmticas possuem em

&eral < ou @ operandos.ODOS DE E!DERE$AE!"O:$s maneiras de endereamento so: imediato, direto, indireto,

por re&istrador, relati"o a base e inde%ado.

IEDIA"O: *tiliza um "alor como operando e no um endereo na mem#ria.

%emplo: $BB SD, H0 - "alor D adicionado ao re&istrador H0.

DIRE"O: Fndica o endereo de mem#ria onde est o operando.

%emplo: $BB (


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PROCESSADOR E SE7S COPO!E!"ES: K sabemos como um computador inicializado(procedimento de bootstrap) e, com isso, entendemos que o processador composto por circuitoscapazes de e%ecutar instrues.

A #7!$%O DO PROCESSADOR G, ento, e%ecutar instrues e, para isso, obedece ao ciclo debusca, decodicao e e%ecuo da instruo.

#7!$ES DO PROCESSADOR: )uscar uma instruo na mem&ria/ Interpretar ueoperao est sendo reuerida/ )uscar os operandos necessrios/ E1ecutar a operao/

uardar o resu-tado Jse for o casoK/ Reiniciar o cic-o/

As fun


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$s interrupes so inicialmente tratadas pelo processador que, em se&uida, des"ia a e%ecuodo pro&rama para a rotina de tratamento da interrupo tambm c3amada de interrupt 3andler.

AS I!"ERR7P$ES PODE SER DI5IDIDAS E "RNS C0ASSES: RE0BIO+ ES E #A0>ADE >ARD2ARE/

RE0BIO:V o dispositi"o &erador de pulsos cua durao c3amada de ciclo. $ frequ2ncia doprocessador dada pela quantidade de ciclos por se&undo. $ interrupo &erada pelo rel#&iointerno do processador pro"oca a suspenso peri#dica da tarefa em e%ecuo para permitir a

e%ecuo de uma no"a tarefa. sta interrupo fundamental para o modelo de sistemasmultitarefa atuais.

ES: erada por um controlador de N par sinalizar o trmino de uma operao. $p#s o trminoda e%ecuo da rotina de tratamento o processamento retorna ao ponto imediatamente ap#s deonde foi interrompido.

#A0>A DE >ARD2ARE:erada por uma fal3a de 3ardGare para impedir a continuidade dae%ecuo da tarefa.

PIPE0I!E: - esquema tradicional de e%ecuo de uma instruo (sequencial) no utiliza o

potencial dos circuitos eletrWnicos cada "ez mais rpidos, pois e%istem tarefas mais lentas queoutras, como, por e%emplo, o acesso C mem#ria. o modelo sequencial, os componentes doprocessador no en"ol"idos com o acesso C mem#ria estariam ociosos durante a e%ecuo datarefa.

O PIPE0I!Efunciona, ento, como uma lin3a de monta&em, permitindo que "rias instruesseam e%ecutadas simultaneamente , reduzindo o tempo de trmino de cada ciclo. - obeti"o utilizar as di"ersas unidades do processador por instrues diferentes.

CARAC"ERQS"ICAS DO PIPE0I!E:

O 7usca antecipada de intrues


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O 9em#ria de lao de repetio

O Pre"iso de des"io

CARAC"ERQS"ICAS DA EBRIA PRI!CIPA0: $ mem#ria principal a respons"el peloarmazenamento temporrio de informaes que sero manipuladas pelo sistema e que iropermitir sua recuperao quando necessrio. - elemento bsico de armazenamento o bit, porma forma de como estes bits so a&rupados para representar uma informao depende de cadasistema. ste a&rupamento denominado clula e passa a ser a unidade de armazenamento.

%emplos:

PROCESSADORES DE 9 )I"S:-s processadores de 0= bits possuem endereos de


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CO!"RO0ADOR DA EBRIA: Hespons"el por &erar os sinais necessrios para controle doprocesso de leitura e escrita, alm de interli&ar a mem#ria aos demais componentes do sistema.

OPERA$ES: $s operaes so di"ididas em dois &rupos: -perao de 6eitura e -perao descrita:

OPERA$%O DE 0EI"7RA:

OPERA$%O DE ESCRI"A:

ORA!IFA$%O DA EBRIA PRI!CIPA0: $ mem#ria or&anizada em clulas. *m conuntode clulas que possuem um si&nicado c3amado de pala"ra (Gord). $ pala"ra , ento, a unidadede informao do sistema que de"e representar o "alor de um dado ou de uma instruo demquina.

7!IDADE DE "RA!S#ERN!CIA: !onsiste na quantidade de bits que transferida para amem#ria em uma operao de escrita e da mem#ria em uma operao de leitura. m funo doaumento da ta%a de transfer2ncia dos barramentos, os sistemas utilizam unidades superiores auma clula de mem#ria.

CAPACIDADE DA EBRIA PRI!CIPA0: +uantidade de informaes que podem serarmazenadas representadas por ( ? 5mero de clulas Y taman3o da clula).

EBRIA CAC>E: - estudo da mem#ria cac3e pode ser subdi"idido em: moti"ao, acesso,or&anizao, mapeamento e al&oritmos de substituio.

O"I5A$%O: O Biferena de "elocidade entre processador e mem#ria principal. O Princpio da6ocalidade: temporal e espacial:

"empora-:e um item referenciado, tender a ser referenciado no"amente.

%emplo : loops ( instrues e dados).


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Espacia-:e um item referenciado, itens cuos endereos so pr#%imos tendero a serreferenciados em se&uida.

%emplo: acesso a dados de um arra4.

ACESSO:- acesso a cac3e transparente para a aplicao e ao sistema operacional. O Para aleitura de 0 b4te na mem#ria principal t2m'se os se&uintes passos:

- processador inicia a operao de leitura e coloca o endereo deseado na 9em#ria Principal

- sistema de controla da cac3e intercepta o endereo e conclui se o dado solicitado est ou noarmazenado na cac3e. *m acerto denominado cac3e 3it e a falta denominada cac3e miss.

e ocorrer um cac3e miss o controlador da mem#ria principal acionado para localizar o dadona mem#ria, transferindo'o para a cac3e.

*m no"o acesso feito C mem#ria cac3e.

!onsiderando o princpio da localidade, os pr#%imos dados consultados de"ero estar nacac3e, compensando (e muitoQ) a demora causada por uma fal3a.

A"E!$%O: 1odo o &erenciamento da mem#ria cac3e feito por 3ardGare. em o istema-peracional nem as aplicaes tem con3ecimento da e%ist2ncia da mem#ria cac3e.

ORA!IFA$%O:

$ mem#ria cac3e or&anizada em um conunto de 6 lin3as, sendo cada lin3a constituda de Ib4tes.

$s lin3as t2m endereo de / a 6'0.

!ada lin3a possui um campo indicador do endereo do bloco que est naquele instante

armazenado nela. ste campo denominado ta& ou r#tulo.$ localizao composta, no mnimo, pelo endereo do bloco e pelo deslocamento dentre do

bloco.

APEAE!"O:

Direto: !ada bloco da 9P tem uma lin3a de cac3e pre"iamente denida. !omo o taman3o damem#ria muito maior que o taman3o da cac3e, necessrio se obter o ta& do bloco e "ericar se o mesmo ta& que est na lin3a indicada, indicando um 3it. V um mtodo simples, porm de

pouca Re%ibilidade.

Associati'o: o 3 local %o na cac3e para um bloco da 9P, no entando ser necessriocomparar o ta& com o ta& de cada lin3a.

Associati'o por conTunto: *tiliza conceitos das tcnicas anteriores, utilizando mapeamentodireto para identicar um bloco e mapeamento associati"o para localizar o dado dentro do bloco.

A0ORI"OS DE S7)S"I"7I$%O:- taman3o da mem#ria cac3e muito menor que o da 9P,ento a mesma lin3a de cac3e poder ser escol3ida por mais de um dado.

Para escol3er a lin3a que de"er ser substituda no caso de uso do mapeamento associati"o, osmtodos mais utilizados so: 6H* (menos recentemente usado) ou MFM- (la). V poss"el, ainda,


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fazer uma escol3a aleat#ria que, mesmo sendo aparentemente menos eciente, pode reduzir asobrecar&a para identicao do bloco.

A"E!$%O

: Poltica de escrita na mem#ria:

empre que ocorre uma escrita na cac3e, a mem#ria principal de"e ser atualizada, porm estaatualizao pode ocorrer em diferentes momentos:

O simultaneamente em ambas as mem#rias (Grite t3rou&3),

O escrita somente quando o bloco for substitudo (Grite bacZ) ou

O escrita na 9P somente na primeira atualizao (Grite once), 5til para sistemasmultiprocessados

ES:Benominamos ati"idade de N (entrada e sada) a troca de informaes entre ocomputador e o meio e%terno.

7m sistema de ESde"e ser capaz de receber e en"iar informaes ao meio e%terno e

con"erter as informaes de forma que se tornem le&"eis para o computador ou para o usurio.

!ada dispositi"o apresenta caractersticas bem particulares, tornando o estudo de cada tipo dedispositi"o 5nico.

Caracter(sticas dos dispositi'os: "a1a de transmisso+ Comp-e1idade de Contro-e+Representao de dados+ Ap-icao+ 7nidade de transferUncia+ Condi


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L7A!"O A I!"ERA$%O: F nterao com usurio (e%: teclado, mouse), Fnterao com outroscomponentes (e%: discos), Fnterao com dispositi"os remotos (e%: modem)

L7A!"O A "RA!S#ERE!CIA DE DADOS: -rientado a bloco (e%. disco), -rientado a caractere(e%. terminal)

L7A!"O A #ORA DE CO7!ICA$%O: Programmed IO: Hesponsabilidade dopro&ramador+ Interrupt?dri'en IO: Processador interrompido quando a operao se completa,Direct memor Access JDAK: 1ransfer2ncia dos dados diretamente para a mem#ria sem

interfer2ncia do processador

"IPOS DE "RA!SISS%O DE DADOS: $ transmisso de dados pode acontecer por dois tiposdiferentes: seria- e para-e-o.

SERIA0: - perifrico conectado ao controlador por apenas uma lin3a de comunicao dedados; lo&o, a transfer2ncia feita por um bit de cada "ez. E1emp-o: mouse+ tec-ado/

PARA0E0O: *m &rupo de bits transferido simultaneamente atra"s de um conunto de lin3asde comunicao. E1emp-o: discos+ impressoras/

EBRIA SEC7!DMRIA: o mem#rias secundrias os meios de armazenamento no'"oltilcomo, por e%emplo, os discos ma&nticos. $ or&anizao destes discos particularmenteimportante pela funo que e%ercem.


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