Sistemas OperacionaisArquitetura de Computadores

Parte I

Arquitetura de Computadores

• Arquitetura de Computadores (ou Organização de Computadores) é estrutura como são organizados os módulos funcionais de um computador, como processador, memória, entrada/saída, etc.

• Pode também denotar as propriedades lógicas e abstratas dos computadores, em conjunto com os métodos de projeto utilizados para implementar estas características

Arquitetura de Computadores

• Questões estudadas:– O conjunto de instruções disponíveis– Os tipos de dados utilizados– A organização da memória– O projeto dos módulos funcionais e questões de

desempenho– A maneira como os módulos são interconectados– Qual e como a informação trafega entre os módulos

Arquitetura Von Neumann

• Módulos básicos:– O processador, também conhecido como CPU

(Central Processing Unit, ou Unidade Central de Processamento), é responsável pela realização de todo o processamento

– A memória principal, utilizada para armazenar programas e dados

– O barramento, que é o canal de comunicação entre o processador e a memória

Arquitetura Von Neumann

CPUMEMÓRIA PRINCIPAL

BARRAMENTO

Arquitetura Von Neumann

CPUMEMÓRIA PRINCIPAL

BARRAMENTOBARRAMENTO

Arquitetura Von Neumann

CPUMEMÓRIA PRINCIPAL

BARRAMENTO

UUNIDADE DE E/S

Arquitetura Von Neumann

CPUMEMÓRIA PRINCIPAL

BARRAMENTO

UUNIDADE DE E/S

BARRAMENTO

Construção de Computadores

• Computadores são fabricados a partir de componentes eletrônicos, como transistores, diodos, capacitores, etc.

• Componentes são miniaturizados em circuitos integrados (CIs) feitos com materiais semicondutores, como o silício

• CIs são encapsulados em chips, que podem assumir várias funções, como CPU, memória, unidade de E/S, entre outras

Chip

• Chips também são utilizados em várias máquinas e equipamentos, como automóveis ou fornos microondas

Placas

• Os principais componentes de um computador (chips, barramento e outros componentes eletrônicos) são agrupados em placas

• Funções das placas:– Placa-mãe (IBM-PC): contém a CPU e a memória– Placa de vídeo: exibe informações na tela– Placa de Fax/Modem: transmissão de dados através

de linhas telefônicas– Placa de Som: produz sons de alta qualidade

Placas

CPU

• Unidade Central de Processamento - UCP• A CPU é o “cérebro” do computador• Executa programas armazenados na memória

principal, buscando as instruções, examinando-as, e então executando uma após outra

• ATENÇÃO: O gabinete do computador, onde ficam localizados, placa-mãe, fonte, discos, além de outros componentes é erroneamente chamado de CPU

Componentes da CPU

• Unidade de Controle: busca as instruções da memória e determina o seu tipo (adição, subtração, comparação, etc.)

• Unidade Lógica e Aritmética (ULA ou ALU): executa efetivamente as operações lógicas (comparações) e aritméticas (adição, etc.)

• Registradores: formam uma memória pequena, de alta velocidade, usada para armazenar resultados temporários e informações de controle

Execução de um programa na CPU

Registradores

• Registradores gerais para dados temporários: A, B, C, D, etc.

• Registradores de controle: PC, IR, SP, etc.• Contador de Programa (PC)

– indica qual a próxima instrução a ser executada (na realidade, ele contem o endereço da próxima instrução). O nome “contador de programa” é um pouco enganador, porque ele não é realiza contagem

• O Registrador de Instruções (IR)– contém a instrução que está sendo executada.

• 1a. etapa: Busca da instrução na memória (“FETCH”)– REM PC– read– RDM (REM)– PC PC + n

• 2a. etapa: Decodificação da instrução– RI RDM– Ocorre a decodificação do conteúdo de RI na

UC

• 3a. etapa: Busca dos operandos da instrução (se houver)– REM endereço do operando - UC– read– RDM (REM)– PC PC + n

• 4a. etapa: Execução da instrução – depende da instrução

Exemplo• O que acontece com os registradores da

CPU na execução da seguinte instrução: MOV AL,07h ?

Ação Assembly Etapa1 PC 01h Inicio2 REM PC Fetch3 RDM (REM) Fetch4 PC PC + 1 Fetch5 RI RDM Decodifica6 REM PC Busca Operando7 RDM (REM) Busca Operando8 PC PC+1 Busca Operando9 AL RDM Executa

End Cont Bin01h MOV AL 100002h 07h 011103h ...04h ...

RAM

ISA - Instructions Set Architecture

Resumo1. Busca instrução da memória para o registrador

de instrução (IR)2. Atualiza o contador de programa (PC) para que

ele aponte para a instrução seguinte3. Determina o tipo da instrução4. Se a instrução usa dados na memória, determina

onde eles estão5. Busca os dados, se houver algum, para os

registradores internos da CPU6. Executa a instrução7. Armazena os resultados em locais apropriados8. Volta ao passo 1 para iniciar a execução da

próxima instrução

Conjunto de Instruções

• A coleção de todas as instruções disponíveis ao programador (a nível de máquina) é chamada de conjunto de instruções daquela CPU

• O número de instruções varia de máquina para máquina, dependo das decisões do seu projeto

• Nem todos os processadores são CPUs• Alguns processadores possuem conjuntos de

instruções com finalidades específicas, como processadores aritméticos ou gráficos