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Organização e Arquitetura de Computadores
Nesta disciplina, você estudará os principais conceitos
de arquitetura de computadores.
Terá uma ideia clara das peças que compõe um
computador, como elas funcionam e se interligam.
Veremos também importantes lições sobre o
desempenho dos computadores e de cada um de seus
componentes.
Apresentação
Como mencionado na aula anterior, tem-se observado
uma atuação cada vez maior dos computadores nas
diversas atividades de pessoas e corporações. As
operações bancárias, as telecomunicações e o
manuseio de muitos aparelhos eletrodomésticos são
exemplos claros das facilidades trazidas pela utilização
dos computadores, isto sem falar em aplicações mais
clássicas, como os sistemas de reservas de passagens
aéreas e a previsão meteorológica.
Introdução
Organização e Arquitetura de Computadores
Organização e Arquitetura de Computadores
A evolução da informática foi caracterizada pelo
desenvolvimento de computadores com características
adversas, traduzidas pelos diferentes parâmetros, cada
vez mais conhecidos pelos usuários de computador.
Introdução
Organização e Arquitetura de Computadores
O computador é uma máquina composta de partes
eletrônicas e eletromecânicas (hardware) capaz de
coletar, manipular e fornecer os resultados de
informações para um ou mais objetivos.
Para ser considerado um computador ele precisa ter
processador, memória e dispositivos de entrada e/ou
saída, que podem ser utilizados de modo eficiente na
solução dos tipos de problemas os quais possuem uma
grande complexidade ou um grande volume de dados.
Computador
Organização e Arquitetura de Computadores
A arquitetura de computadores se refere ao
comportamento de um sistema computacional visível
para o programador, ou seja, aos aspectos
relacionados com a execução lógica de um programa. A
organização de computadores se refere às unidades
estruturais e seus relacionamentos lógicos e eletrônicos
(STALLINGS, 2010)
Organização - Arquitetura
Organização e Arquitetura de Computadores
Os sistemas digitais, em seu nível mais baixo, representam as
informações somente através de dígitos. Num nível mais alto,
estes dígitos codificados formam diferentes combinações capazes
de representar qualquer tipo de informação.
As informações normalmente são representadas internamente por
sinais elétricos binários que podem ser somente os valores 0 ou 1,
correspondendo a estar ligado ou desligado, ter energia ou não
num circuito, onde 5 volts representam o dígito 1 e 0 volt
representa o dígito 0.
Organização - Arquitetura
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O computador digital é um sistema digital binário, pois a
informação é representada nele somente através dos dígitos
binários 0 e 1.
Um computador é capaz de realizar basicamente quatro operações
com dados (STALLINGS, 2010):
a) Processamento de dados
b) Armazenamento de dados
c) Movimentação de dados
d) Controle
Organização - Arquitetura
Organização e Arquitetura de Computadores
• A tarefa principal do computador é o processamento de dados
• O computador é capaz de fazer inúmeros cálculos para
manipular os dados
• Esta manipulação das informações chama-se processamento e
as informações iniciais recebem a denominação de dados
• A informação compreende os dados processados e organizados
para atender um objetivo específico
Organização - Arquitetura
Organização e Arquitetura de Computadores
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Etapas do processamento de dados
Organização e Arquitetura de Computadores
Os termos dado e informação podem ser tratados
como sinônimos, mas também podem ser usados de
forma distinta. O termo “dado”, normalmente, é usado
para definir a matéria-prima originalmente obtida e, a
expressão “informação” é usada, normalmente, para
definir o resultado do processamento, ou seja, o dado
processado (MONTEIRO, 2007).
Organização - Arquitetura
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Para que ocorra o processamento de forma adequada, é
necessária uma unidade de controle (UC) que gerencie os
recursos do computador e coordene o funcionamento de suas
partes.
Também é essencial que um computador armazene os dados.
Mesmo que o computador esteja processando dados de forma
dinâmica, de modo que os resultados sejam imediatos, o
computador precisa armazenar temporariamente, pelo menos,
alguma parte dos dados que estão sendo trabalhados. A memória
é um dispositivo eletrônico que tem a capacidade de armazenar
essas informações e fornecê-las quando solicitadas à CPU
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A CPU adotada, a capacidade de memória, a
capacidade do disco rígido, a existência de memória
cache e outros menos conhecidos.
A definição destes parâmetros e a forma como os
diversos componentes de um computador são
organizados, define aquilo que é conhecido por
arquitetura de computador e vai determinar aspectos
relacionados à qualidade, ao desempenho e à
aplicação para a qual o computador vai ser orientado.
Características da Arquitetura
Organização e Arquitetura de Computadores
Apesar da evolução ocorrida no segmento tecnológico
desde o surgimento dos primeiros dispositivos
computacionais, o esquema apresentado a seguir pode
ser utilizado tanto para descrever um sistema
computacional atual como os computadores da década
de 40. Este modelo foi projetado por engenheiros da
época como por exemplo John Von Neumann.
Componentes Básicos de um Computador
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Arquitetura de John Von Neumann
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Nos primórdios da Computação não exista o conceito
de PROGRAMA ARMAZENADO, isto significa que os
programas eram desenvolvidos, executados e
apresentavam os resultados imediatamente.
O resultado dos processamentos eram armazenados
em fitas magnéticas ou cartões perfurados, os quais
não detinham estrutura para a guarda de grandes
volumes resultantes.
Arquitetura de John Von Neumann
Organização e Arquitetura de Computadores
O conceito de programa armazenado surgiu da
necessidade de armazenar programas em um
computador, pois, até então, ainda não havia formas de
armazenar programas em um computador. John Von
Neumann e outros pesquisadores descobriram que,
utilizando dispositivos de memória em formas de linha
de retardo de mercúrio, poderiam armazenar instruções
de programas.
Arquitetura de John Von Neumann
Organização e Arquitetura de Computadores
As definições e evolução do armazenamento de dados,
ocorreram durante o projeto EDVAC e John Von Neumann
acabou recebendo a maior parte dos créditos pela então
descoberta, mas a verdade é que várias pessoas participaram
da construção. John Von Neumann ganhou mais destaque
que os outros por ter escrito um relatório sobre o EDVAC,
com 101 páginas, descrevendo formalmente o conceito,
criando assim uma espécie de guia para a construção de
computadores.
Arquitetura de John Von Neumann
Organização e Arquitetura de Computadores
As definições e evolução do armazenamento de dados,
ocorreram durante o projeto EDVAC e John Von Neumann
acabou recebendo a maior parte dos créditos pela então
descoberta, mas a verdade é que várias pessoas participaram
da construção. John Von Neumann ganhou mais destaque
que os outros por ter escrito um relatório sobre o EDVAC,
com 101 páginas, descrevendo formalmente o conceito,
criando assim uma espécie de guia para a construção de
computadores.
Arquitetura de John Von Neumann
Organização e Arquitetura de Computadores
Arquitetura de John Von Neumann
Von Neumann with Edvac
Organização e Arquitetura de Computadores
A proposta inicial de um computador de programa
armazenado, relatada pelo próprio Von Neumann, era
dividida em cinco partes:
• Central aritmética;
• Central de controle;
• Memória;
• Gravação;
• Entrada e saída.
Arquitetura de John Von Neumann
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