3. arquitetura de computadores - valdick.com · –analógico => grandezas contínuas ex: ......
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O Computador
Tipos
– analógico => grandezas contínuas
ex: termômetro
– digital => pulsações elétricas (0V, +5V)
ex: calculadora
• bit - menor unidade de informação (“binary digit”)
0 = apagado/desligado/desativado/não
1 = aceso/ligado/ativado/sim
• 1 byte = 8 bits
• 1 KB = 1 quilobyte = 1024 bytes
Organização Básica
Unidade
Lógica e
Aritmética
Unidade
de
Controle
Memória
Unidade
de
Entrada
Unidade
de
Saída
Unidade Central de Processamento
Arquitetura de Computadores
Unidade Central de Processamento
(UCP)
– Composta de:
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)
• Unidade de Controle
Arquitetura de Computadores
Unidade de Controle – onde os códigos (instruções), que representam
as operações a serem realizadas, são
indentificados e através da qual os dados são
obtidos da memória;
– código de operação: identifica a operação a ser
feita
– código de operando: dados necessários à
execução da operação
Arquitetura de Computadores
Linguagens de Máquina – Especificação de uma operação básica (primitiva)
que o hardware é capaz de realizar diretamente
– Formato: • Código de operação + código de operandos
– Número de operandos: 0, 1, 2, 3, ...
– O operando pode indicar o valor ou um endereço onde se encontra o valor
Código da Operação
Operando 1 Operando 2
Ciclo da Instrução
Ciclo de busca – Buscar a próxima instrução na memória
– Incrementar o CP (Contador de Programa)
Ciclo de Execução – Interpretar a instrução
– Trazer (se for o caso) os operandos para a UCP
– Executar a operação
– Armazenar (se for o caso) os dados de saída
– Atualizar (se for o caso) o CP
– Repetir o processo com uma nova instrução
Tradutores
Montador
– converte programas em ling. montada (Assembly)
para ling. de máquina;
Compilador
– converte programas em ling. de alto nível para
ling. de máquina, às vezes agregando várias
instruções de máquina para simular um comando
de alto nível;
Interpretador
– mesma função do compilador, só que vai
executando linha a linha.
Compilação x Montagem
Ler A, B X = A + B se X >= 0 imprimir X
GET A
GET B
LDA A
ADD B
STA X
JN FIM
PRT X
FIM HLT
01001101b 00101010b 11100000b 11110101b 11001010b
10000101b
Ling. de Alto Nível
Ling. Montada (Assembly)
Ling. de Máquina
Montagem
Compilação
Sistemas de Aplicação: Tradução Linguagem de Alto Nível
Bibliotecas
Linguagem de Máquina
Tradutor (Compilador
ou Interpretador)
“Programa Fonte”
“Executável”
Tabela de
Instruções de
Máquina
Sistemas de Aplicação: Execução
Código executável
Carregamento
na Memória
Principal
Execução
(Armazenado em disco)
Arquitetura de um Sistema de
Computação
Aplicações & Utilitários
Sistema Operacional
Basic Input Output System (BIOS)
Hardware
Arquitetura de Computadores
ULA
– operações aritméticas (+,-,*,/) e lógicas (OR, AND,
NOT, XOR)
– velocidade elevada: soma leva 10-9 s (1ns)
Tabelas verdade
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
A OR B
0
1
1
1
A AND B
0
0
0
1
A XOR B
0
1
1
0
NOT A
1
1
0
0
Arquitetura de Computadores
Memória Principal – Armazenar temporariamente dados e programas
que estão sendo processados.
– Todo programa sendo processado deve ser
carregado para a memória.
– Armazena bits
1 byte = 8 bits
1 KB = 1 quilobyte = 1024 bytes
1 MB = 1 megabyte = 1024*1024 bytes
1 GB = 1 gigabyte = 1024*1024*1024 bytes
– Ex: 64MB de memória = 536.870.912 bits
Arquitetura de Computadores
Memória Principal – utilizam memórias semicondutoras na forma de
CIs;
– pinos de entrada, saída, endereçamento e
controle
Ex: memória de 1024
(210) palavras de 1 byte
cada
A0
A1
A2
A9
... CHIP
... IN
... OUT
R/W
+5V
7
0
7
0
Arquitetura de Computadores
RAM (“Random Access Memory”)
– memória volátil de leitura e escrita. As
informações são perdidas caso o sistema de
alimentação seja interrompido;
ROM (“Read Only Memory”)
– memória não-volátil apenas de leitura. Seu
conteúdo é gravado no processo de fabricação;
PROM (“Programable ROM”)
– pode ser gravada apenas uma vez;
EPROM (“Erasable PROM”)
– pode ser apagada e regravada várias vezes.
Arquitetura de Computadores
Memória Secundária – Ex: HD (“Hard Disk”)/disco rígido/whinchester,
Disquete 3,5”, CD-ROM, ZIP DRIVE (JAZZ), Fita
DAT, Disk Array
– Armazena bits para representar caracteres:
Ex: códigos ASCII (Windows) e EBCDIC (UNIX)
? 0011 1111 C 0100 0011
@ 0100 0000 D 0100 0100
A 0100 0001 E 0100 0101
B 0100 0010 F 0100 0110
ASCII:
Representação “binária”
Arquitetura de Computadores
Tipos de memória: – Disco magnético: cabeças de gravação lêem ou
gravam dados no revestimento magnético do disco
(2 lados). Os discos são organizados em trilhas e
setores (formatação);
– Discos óticos (CD - “Compact Disks”): os dados
são gravados por meio de inserções de variações
na superfície reflexiva. Um feixe laser lê estas
irregularidades percorrendo uma espiral;
– Unidade de fita: a informação é registrada sobre
uma película de material magnético;
Arquitetura de Computadores
Periféricos
– Entrada: teclado, mouse, unidades de disco,
scanner, microfone, leitora óticas, sensores,
webcam, etc.
– Saída: monitor, impressora, plotters, alto-
falantes, etc.
Organização de um Sistema de
Computação
Memória
Principal
Dispositivos de
Entrada e Saída
Discos
Monitor
Impressora
Outros
Periférico
Controlador
Dispositivos de
Armazenamento
Interface
Via de Comunicação (Barramentos)
Unidade Central
de Processamento
ou
Processador
Organização de um SC ULA: Unidadede Lógicxa e Aritmética
ACC: Acumulador
RI: Registrador de Instrução
CP: Contador de Programa
REM: Registrador de End. de Memória
RDM: Registrador de Dados de Memória
UCP
Memória
Principal
Dispositivos
de E/S
...
ULA
ACC
RI CP
Regis-
tradores
de
Uso
Geral
REM RDM
Cache
L1
Unidade
de
Controle
Memória
Cache L2
BE BD
BC
Decodificador
de Instruções
Arquitetura de Computadores
Tipos de computadores – Supercomputadores (grande capacidade de
processamento, paralelismo, pesquisas científicas):
CRAY
– Mainframes (grande porte, centenas de usuários):
IBM, DEC, UNISYS
– Minicomputadores (versão menor dos mainframes,
vários usuários)
– Microcomputadores (potência limitada, 1 usuário):
PC (downsizing!)
Cluster: Agrupamento de computadores agregando
uma grande capacidade de processamento.
Arquitetura de Computadores
Quanto ao número de processadores
– monoprocessamento: apenas 1 processador, 1
memória principal, vários programas podem
compartilhar o mesmo processador (ex: “time-
sharing” - cada programa tem um tempo para usar
o processador);
– multiprocessamento: mais de um processador,
podem compartilhar memória ou não, podem
executar vários programas ao mesmo tempo ou
dividir um.
Componentes Físicos
Placa mãe (Soyo, Triton, Asus, Intel) – CPU ou processador (Intel, AMD, Cyrix):
• Pentium II 300, 333, 400, 450 MHz (já são MMX).
– Memória principal (SDRAM) (Nec, Toshiba):
• 64 MB, acesso 60 ns, DIMM, 168 pinos, 66 e 100 MHz.
– Memória cache:
• 512 KB ou 1 MB já na placa.
– Barramento:
• ISA: 16 bits a 8 MHz, taxa de transferência de 8 MBps.
• PCI: 32/64 bits a 33/66 MHz: até 132/568 MBps.
• AGP: próprio (ainda) apenas para interface com placas de vídeo.
• VL-BUS: semelhante ao PCI, mas está fora de linha.
– Slots de expansão no barramento:
• 5 PCIs e 3 ISA, em média.
Memórias
Memória cache: – SRAM ou Static Random Access Memory.
Memória Principal: – DRAM ou Dynamic RAM:
• Encapsulamento:
– SIMM (Single In-Line Memory Module):
» 30 pinos (8 bits): quatro módulos para 386 e 486.
» 72 pinos (32 bits): dois módulos para Pentium.
– DIMM (Dual In-Line Memory Module):
» de 168 pinos (64 bits): um módulo para Pentium.
• Tipos de operação:
– FPM RAM (Fast page Mode).
– EDO RAM (Extendend Data Out).
– SDRAM (Synchronous DRAM).
Componentes Físicos
Interfaces: – Serial (COM 1, COM 2, etc):
• Mouses, fax/modems, scanners.
– Paralela (LPT 1):
• Impressora, scanners de mesa e câmeras.
– IDE (até 2 dispositivos):
• Discos rígidos, zip drives, drives e gravadores de CD-ROM.
– SCSI (Small Computer Systems Interface) (8 dispositivos):
• Discos rígidos, scanners, gravadores de CD-ROM.
– USB (Universal Serial Bus) (127 dispositivos):
• Servirá para todos os dispositivos (?).
– Específicas para disquete, jogos (joystick) e teclado.
– PS/2:
• teclados e mouses.
Componentes Físicos
Monitor (Samsung Synchmaster 3 NE) : – SVGA de pelo menos 1024 x 768 pixels, não entrelaçado.
– Pelo menos de 14 polegadas.
Placa de vídeo (Diamond, Trident): – 4 MB de memória: true color (16 bits) a 1024 x 768 pixels.
CD-ROM (Creative Labs): – Velocidade de 40 x, interface IDE ou SCSI.
Zip & Jazz Drive (Iomega ou Epson): – Discos de 100 MB e 1 GB, internos ou externos.
Unidades de fita: – Capacidades a partir de 4 GB.
Componentes Físicos
Mouse (Logitech, Microsoft, Genius): – Pode ser serial ou PS/2.
Placa de Som (Creative Labs): – Deve ser estéreo, de 32 bits e full-duplex.
Par de caixas de som (Cretive Labs): – Devem ser amplificadas.
– O kit MM inclui placa de som, caixas e CD-ROM.
Scanner (HP ou TCÊ): – De mesa, com resolução óptica de 600 dpi ou mais.
Componentes Físicos Impressora (HP ou Epson):
– Jato de tinta colorida, com resolução de 600 dpi.
– HP 692C, HP 720C, Epson Stylus Color 850.
FAX/Modem (US Robotics, Cirrus
Logic): – Deve ser de 33.600 ou 56.600 (V.90) bps.
Disco Rígido (Quantum, WDigital,
Seagate): – 3.2, 4.3, 6.4, 8.4, 10.2 GB.
Floppy drive (NEC): – 1.44 MB.
Componentes Físicos
Proteção do Sistema: – No-break:
• Alimenta o sistema em caso de falta de energia elétrica.
• Utiliza baterias.
• Fornece energia estabilizada e filtrada.
• Utilizar apenas em aplicações críticas ou em locais com
freqüentes faltas de energia.
– Estabilizador:
• Fornece proteção contra variações de voltagem.
• Inclui o filtro de linha.
– Filtro de linha:
• Elimina ruídos de alta freqüência.