3. Arquitetura de Computadores - valdick.com · –analógico => grandezas contínuas ex: ... Sistemas de Aplicação: Tradução Linguagem de Alto Nível ... Representação “binária

2. Arquitetura de Computadores

Componentes básicos.

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


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


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


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


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


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


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.


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”


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;


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


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.


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

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).


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.


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.


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.


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.

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