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Introdução à Introdução à InformáticaInformática

A Unidade Central de Processamento: A Unidade Central de Processamento:

O Que Acontece Dentro do ComputadorO Que Acontece Dentro do Computador

22SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

ObjetivosObjetivos Identificar os componentes da unidade central de Identificar os componentes da unidade central de processamento e explicar como eles funcionam em conjunto processamento e explicar como eles funcionam em conjunto e como interagem com a memória.e como interagem com a memória. Descrever como as instruções de programa são executadas Descrever como as instruções de programa são executadas pelo computador.pelo computador. Explicar como os dados são representados no Explicar como os dados são representados no computador.computador. Descrever como o computador localiza instruções e Descrever como o computador localiza instruções e dados.dados. Descrever os componentes da placa-mãe da unidade de Descrever os componentes da placa-mãe da unidade de sistema de um microcomputador.sistema de um microcomputador. Relacionar as medidas de velocidade de processamento do Relacionar as medidas de velocidade de processamento do computador e explicar as abordagens que aumentam a computador e explicar as abordagens que aumentam a velocidade.velocidade.

33SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Unidade Central de Unidade Central de ProcessamentoProcessamento

Conjunto complexo Conjunto complexo de circuitos de circuitos eletrônicos.eletrônicos.

Executa instruções Executa instruções de programa de programa armazenadas.armazenadas.

Duas partes:Duas partes: UnidadeUnidade de de controlecontrole UnidadeUnidade aritméticaaritmética e e

lógicalógica (ALU) (ALU)

66SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Armazenamento de Armazenamento de Dados e a CPUDados e a CPU

Dois tipos de armazenamento:Dois tipos de armazenamento: Armazenamento primário (memória):Armazenamento primário (memória):

Armazena dados temporariamente.Armazena dados temporariamente.

A CPU referencia-o tanto para obtenção de A CPU referencia-o tanto para obtenção de instruções de programa como de dados.instruções de programa como de dados.

Armazenamento secundário:Armazenamento secundário: Armazenamento de longo prazo.Armazenamento de longo prazo.

Armazenado em mídia externa; Armazenado em mídia externa; por exemplo, um disco.por exemplo, um disco.

77SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

A CPU e a MemóriaA CPU e a Memória A CPU não pode processar dados diretamente A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada:do disco ou de um dispositivo de entrada: Primeiramente, eles devem residir na memória.Primeiramente, eles devem residir na memória. A unidade de controle recupera dados do disco e A unidade de controle recupera dados do disco e

transfere-os para a memória.transfere-os para a memória.

Itens enviados à CPU para ser processados:Itens enviados à CPU para ser processados: A unidade de controle envia itens à CPU e depois A unidade de controle envia itens à CPU e depois

os envia novamente à memória após serem os envia novamente à memória após serem processados.processados.

Dados e instruções permanecem na memória até Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado.armazenamento, ou o programa ser fechado.

88SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Áreas de Armazenamento Áreas de Armazenamento TemporárioTemporário

RegistradoresRegistradores

MemóriaMemória

1111SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Como a CPU Executa InstruçõesComo a CPU Executa Instruções

Quatro etapas são executadas para Quatro etapas são executadas para cada instrução:cada instrução:

Ciclo de máquina: a quantidade de tempo Ciclo de máquina: a quantidade de tempo necessária para executar uma instrução.necessária para executar uma instrução.

Computadores pessoais executam-nas em menos Computadores pessoais executam-nas em menos de um milionésimo de segundo.de um milionésimo de segundo.

Supercomputadores executam-nas em menos Supercomputadores executam-nas em menos de um trilionésimo de segundo.de um trilionésimo de segundo.

Cada CPU tem seu próprio conjunto Cada CPU tem seu próprio conjunto de instruções:de instruções:

Aquelas instruções as quais a CPU pode Aquelas instruções as quais a CPU pode entender e executar.entender e executar.

1212SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

O Ciclo da MáquinaO Ciclo da Máquina

O tempo necessário para O tempo necessário para recuperar, executar e recuperar, executar e armazenar uma armazenar uma operação.operação.

Componentes:Componentes: Tempo de Tempo de instruçãoinstrução Tempo de Tempo de execuçãoexecução

O O clock clock de sistema de sistema sincroniza as operações.sincroniza as operações.

1515SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Endereços de MemóriaEndereços de Memória

Cada localização de memória Cada localização de memória tem um endereço:tem um endereço:

Um número único, como em Um número único, como em uma caixa postal.uma caixa postal.

Pode conter somente uma Pode conter somente uma instrução ou peça de dados:instrução ou peça de dados:

Quando dados são reescritos na Quando dados são reescritos na memória, o conteúdo anterior memória, o conteúdo anterior desse endereço é destruído.desse endereço é destruído.

Referenciado pelo número:Referenciado pelo número: As linguagens de programação As linguagens de programação

usam um endereço simbólico usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas (nomeado), tal como Horas ou Salário.ou Salário.

1616SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Representação de DadosRepresentação de Dados

Os computadores entendem Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado.duas coisas: ligado e desligado.

Dados são representados na Dados são representados na forma binária:forma binária: Sistema numérico binário (base 2).Sistema numérico binário (base 2). Contém somente 2 dígitos: 0 e 1.Contém somente 2 dígitos: 0 e 1.

Corresponde a dois estados: Corresponde a dois estados: ligado e desligado.ligado e desligado.

1717SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Representando DadosRepresentando Dados

BitBit

ByteByte

PalavraPalavra

2222SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Esquemas de CodificaçãoEsquemas de Codificação

Provêem uma maneira comum para Provêem uma maneira comum para representar um caractere de dados.representar um caractere de dados. Necessários para os computadores poderem Necessários para os computadores poderem

intercambiar dados.intercambiar dados.

Esquemas comuns:Esquemas comuns: ASCIIASCII EBCDICEBCDIC UnicodeUnicode

2626SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

A Unidade de SistemaA Unidade de Sistema

Abriga os componentes eletrônicos do Abriga os componentes eletrônicos do sistema de computador:sistema de computador: Placa-mãePlaca-mãe ( (motherboardmotherboard)) DispositivosDispositivos de de armazenamentoarmazenamento

3131SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Tipos de ChipsTipos de Chips A Intel produz uma família de processadores:A Intel produz uma família de processadores: Processadores Pentium III e Pentium 4 na maioria Processadores Pentium III e Pentium 4 na maioria

dos PCs.dos PCs. Processador Celeron vendido para PCs de Processador Celeron vendido para PCs de

baixo custo.baixo custo. Xeon e Itanium para estações de trabalho high-Xeon e Itanium para estações de trabalho high-

end e servidores de rede.end e servidores de rede.

Outros processadores:Outros processadores: A Cyrix e a AMD produzem microprocessadores A Cyrix e a AMD produzem microprocessadores

compatíveis com Intel.compatíveis com Intel. Chips PowerPC são usados principalmente em Chips PowerPC são usados principalmente em

computadores Macintosh.computadores Macintosh. O microprocessador Alpha, da Compaq, é usado em O microprocessador Alpha, da Compaq, é usado em

servidores high-end.servidores high-end.

3232SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Componentes da MemóriaComponentes da Memória

MemóriaMemória semicondutorasemicondutora

RAM e ROMRAM e ROM

MemóriaMemória Flash Flash

4040SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

O Barramento (O Barramento (BusBus) do Sistema) do Sistema

Percursos elétricos paralelos que Percursos elétricos paralelos que transportam dados entre a CPU transportam dados entre a CPU e a memória.e a memória. Largura de barramento:Largura de barramento: O número de percursos elétricos para O número de percursos elétricos para

transportar dados.transportar dados. Medida em bits.Medida em bits.

Velocidade de barramento:Velocidade de barramento: Medida em megahertz (MHz).Medida em megahertz (MHz).

4343SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Barramentos de ExpansãoBarramentos de Expansão

Adicione dispositivos periféricos Adicione dispositivos periféricos ao sistema:ao sistema:

PlacaPlaca de de expansãoexpansão

PortaPorta

BarramentosBarramentos de de expansãoexpansão comunscomuns

4747SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Velocidades de Processamento Velocidades de Processamento dos Computadoresdos Computadores

As velocidades de instrução são As velocidades de instrução são medidas em segundos:medidas em segundos: Milissegundo: um milésimo de segundo.Milissegundo: um milésimo de segundo. Microssegundo: um milionésimo de segundo.Microssegundo: um milionésimo de segundo. Nanossegundo: um bilionésimo de segundo.Nanossegundo: um bilionésimo de segundo.

Computadores modernos atingiram Computadores modernos atingiram essa velocidade.essa velocidade.

Picossegundo: um trilionésimo de segundo.Picossegundo: um trilionésimo de segundo.

4848SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Velocidades dos Velocidades dos MicroprocessoresMicroprocessores

Medida da velocidade de Medida da velocidade de clock clock do sistema:do sistema: Quantos pulsos eletrônicos o clock produz Quantos pulsos eletrônicos o clock produz

por segundo.por segundo. Usualmente, expressa em gigahertz (GHz). Usualmente, expressa em gigahertz (GHz).

Billhões de ciclos de máquina por segundo.Billhões de ciclos de máquina por segundo.

Alguns PCs antigos mediam em megahertz (MHz).Alguns PCs antigos mediam em megahertz (MHz).

Uma comparação de velocidades de Uma comparação de velocidades de clockclock somente é significativa entre somente é significativa entre microprocessadores idênticos.microprocessadores idênticos.

4949SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Outras Medidas de Outras Medidas de DesempenhoDesempenho

MIPS MIPS –– Um Milhão de Instruções por Um Milhão de Instruções por Segundo.Segundo. Computadores pessoais de alta velocidade Computadores pessoais de alta velocidade

podem executar mais de 500 MIPS.podem executar mais de 500 MIPS. Tipicamente, uma medida de desempenho Tipicamente, uma medida de desempenho

mais acurada do que a velocidade de mais acurada do que a velocidade de clock.clock.

Megaflop Megaflop –– um milhão de operações um milhão de operações em ponto flutuante por segundo.em ponto flutuante por segundo. Mede a capacidade do computador para Mede a capacidade do computador para

executar operações matemáticas complexas.executar operações matemáticas complexas.

5050SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

CacheCache

Uma área de armazenamento temporário:Uma área de armazenamento temporário: Agiliza a transferência de dados Agiliza a transferência de dados

dentro do computador.dentro do computador.

MemóriaMemória cache cache

Cache de Cache de processadorprocessador

5353SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Tecnologia RISCTecnologia RISC Computação com um Conjunto Reduzido de Computação com um Conjunto Reduzido de Instruções Instruções –– Reduced Instruction Set ComputingReduced Instruction Set Computing Usa um pequeno subconjunto de instruções.Usa um pequeno subconjunto de instruções. Um menor número de instruções aumenta a Um menor número de instruções aumenta a

velocidade.velocidade. Inconveniente: operações complexas têm de ser Inconveniente: operações complexas têm de ser

divididas em uma série de instruções de divididas em uma série de instruções de tamanho menor.tamanho menor.

Computação com um Conjunto Complexo de Computação com um Conjunto Complexo de Instruções Instruções –– Traditional processors use Traditional processors use Complex Instruction Set ComputingComplex Instruction Set Computing (CISC) (CISC)

5454SENAC – TDS – Prof. Sérgio LimaSENAC – TDS – Prof. Sérgio Lima

Processamento Paralelo Processamento Paralelo e Pipelininge Pipelining

PipeliningPipelining Uma variação do processamento Uma variação do processamento

serial tradicional.serial tradicional.

ProcessamentoProcessamento ParaleloParalelo Que usa múltiplos processadores Que usa múltiplos processadores

simultaneamentesimultaneamente