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Arquitetura de ComputadoresProfessor: Sérgio Vieira
Email: [email protected]: 16-10-2012Aula: Funcionamento de um sistema de computação
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IntroduçãoNo nível mais alto, um sistema de computação pode ser descrito a partir dafuncionalidade de cada um de seus:
1. Componentes principais
2. Estrutura de interconexão
3. Tipos de sinais trocados entre esses componentes.
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Introdução (cont.)Neste contexto, o barramento de um sistema de computação possui papelimportantíssimo.
Os componentes principais de um computador (processador, memória principal,módulos de E/S etc) precisam ser contectados entre si para que possam trocardados e sinais de controle.
Isso é feito através de barramentos com múltiplas linhas.
Os sistemas mais modernos usam uma hierarquia para obter melhordesempenho.
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Introdução (cont.)Os principais aspectos de projeto de um sistema de barramentos são:
1. Arbitração: a decisão sobre permissões para envio de sinais por meiodas linhas de barramento (centralizado ou distribuído)
2. Temporização: o envio de sinais por meio dos barramentos pode sersincronizado por um relógio central ou pode ser feito de maneiraassíncrona.
3. Largura de barramento: o número de linhas de endereço e linha dedados.
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Introdução (cont.)Para entender melhor o funcionamento dos barramentos, também é necessárioentender como as instruções de um computador são executadas através dacomunicação dos componentes do computador.
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Componentes de ComputadorPraticamente todos os projetos de computadores atuais são fundamentados nosconceitos desenvolvidos por John von Neumann.
É baseado em três conceitos básicos:
1. Os dados e as intruções são armazenados em uma única memória deleitura e escrita.
2. O conteúdo dessa memória é endereçado pela sua posição.
3. A execução de instruções ocorre de modo sequencial.
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Componentes de Computador (cont.)O computador é composto de um pequeno conjunto de componentes lógicosbásicos, que podem ser combinados de vários modos para armazenar dadosbinários e executar operações aritméticas e lógicas sobre esses dados.
É possível obter para cada aplicação particular, uma configuração decomponentes lógicos projetada especificamente para executar essa aplicação(Programa).
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Componentes de Computador (cont.)HardwareDedicado
Sequência defunções lógicase aritméticas
Dados Resultados
• Hardware específico para cada aplicação.
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Componentes de Computador (cont.)Códigos de Instruções
Funções lógicase aritméticas de
propósitogeral
Dados Resultados
Interpretador deinstruções
Sinais de Controle
• Em vez de projetar um novo hardware para cada aplicação nova, oprogramador simplesmente fornece um novo conjunto de sinais de controle.
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Componentes de Computador (cont.)Um programa é constutuído por uma sequência de passos.
A cada passo executa-se alguma operação lógica ou aritmética sobre algumdado.
Para cada passo, é necessário um conjunto de sinais de controle.
Pode-se definir um código para cada possível conjunto de sinais de controle.
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Componentes de Computador (cont.)Acrescenta-se ao hardware de propósito geral um elemento capaz de interpretaresses códigos e gerar esses sinais de controle correspondentes.
Além desse componentes, outros são necessários para que o computador possafuncionar.
• Componentes de E/S:
1. Módulo de entrada de dados: recebem dados e instruções e osconverte em uma representação interna.
2. Módulo de saída de dados: enviam dados e instruções aosdispositivos periféricos.
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Componentes de Computador (cont.)Uma operação, durante a execução de um programa, pode precisar acessarmais de uma dados de cada vez. Portante, é necessário armazenar instruções edados temporários (Memória ou Memória Principal).
A CPU troca dados com a memória.
Para isso, ela usa registradores internos da CPU.
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• Um registrador de endereço à memória (MAR - memory addressregister)
especifica o endereço da memória a ser usado pela próximainstrução de leitura ou escrita.
• Um registrador temporário de dados (MBR - memory buffer register)
contém um valor a ser gravado na memória ou recebe um valor lidona memória.
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Componentes de Computador (cont.)
• Registrador de endereçamento de E/S (I/O AR - I/O address register)
detetmina um dispositivo de E/S
• Registrador temporário de dados de E/S (I/O BR - I/O buffer register)
é usado para troca de dados entre um módulo de E/S e a CPU
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Componentes de Computador (cont.)Um módulo de memória é constituído de um conjunto de posições de memóriaidentificados por endereços numerados sequencialmente.
Cada posição contém um número binário que pode ser interpretado como umainstrução ou como um dados.
Um módulo de E/S transfere dados de dispositivos externo para a CPU e para amemória e vice-versa. Ela contém áreas de armazenamento temporários (guardainformações até que possam ser enviadas).
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Funções dos ComputadoresA função básica desempenhada por um computador é executar um programaque é constituído de instruções armazenados na memória.
De forma geral, a execução de um programa é realizada em dois passos:
1. O processador lê (busca) instruções na memória.
2. Executa uma instrução por vez.A execução de uma instrução pode envolver diversas operações.
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Busca e Execução de Instruções
1. O processador busca uma instrução da memória no registrador PC
2. Incrementa o PC depois de cada busca de instrução (próximo endereço dememória)
3. A instrução buscada é carregada no registrador de instruções (IR). Elacontém bits que especificam a ação que o processador deve executar.
4. O processador interpreta a instrução e executa a ação executada.
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Busca e Execução de Instruções (cont.)Em geral, essas ações são classificadas em quatro categorias:
1. Processador-memória: os dados são transferidos.processador-memória, memória-processador.
2. Processador E/S: transferência de dados entre processador e umdispositivo periférico através do módulo de E/S.
3. Processamento de dados: execução de operações aritméticas oulógicas sobre os dados.
4. Controle: pode modificar a sequência de execução de um programa.A execução de uma instrução pode envolver uma conbinação dessas ações.
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