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Universidade Federal do Piauí Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Prof. Marcos Zurita [email protected] www.ufpi.br/zurita Teresina - 2011 Arquiteturas de Computadores 2 Circuitos Digitais II – Prof. Marcos Zurita 1. Arquiteturas de Computadores 2. CPU, Barramento e Programa 3. Níveis de Abstração 4. Memórias 5. Sistema de E/S 6. Noções de Desempenho Bibliografia

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  • U n i v e r s i d a d e F e d e r a l d o P i a u

    C e n t r o d e T e c n o l o g i a

    D e p a r t a m e n t o d e E n g e n h a r i a E l t r i c a

    P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    z u r i t a @ u f p i . e d u . b r

    w w w . u f p i . b r / z u r i t a

    T e r e s i n a - 2 0 1 1

    A r q u i t e t u r a s d e C o m p u t a d o r e s

    2

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    1 . A r q u i t e t u r a s d e C o m p u t a d o r e s

    2 . C P U , B a r r a m e n t o e P r o g r a m a

    3 . N v e i s d e A b s t r a o

    4 . M e m r i a s

    5 . S i s t e m a d e E / S

    6 . N o e s d e D e s e m p e n h o

    B i b l i o g r a f i a

  • 3C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    1 . A r q u i t e t u r a s d e C o m p u t a d o r e s

    4

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    A r q u i t e t u r a s d e C o m p u t a d o r e s

    O c o n c e i t o d e A r q u i t e t u r a d e u m C o m p u t a d o r r e f e r e - s e

    i n t e g r a o e n t r e a e s t r u t u r a f s i c a e a e s t r u t u r a l g i c a

    d e u m c o m p u t a d o r .

    P o d e - s e d i z e r t a m b m q u e o t e r m o r e f e r e - s e a o s

    a t r i b u t o s d o s i s t e m a v i s v e i s p a r a o p r o g r a m a d o r , t e n d o

    i m p a c t o d i r e t o s o b r e a e x e c u o l g i c a d e u m p r o g r a m a .

    D e a c o r d o c o m a s u n i d a d e s o p e r a c i o n a i s p r e s e n t e s n u m

    s i s t e m a c o m p u t a c i o n a l e a f o r m a c o m o e l a s s o

    o r g a n i z a d a s , p o d e - s e c l a s s i f i c a - l o s e m :

    M q u i n a s V o n N e u m a n n

    M q u i n a s N o V o n N e u m a n n

  • 5C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    M q u i n a s V o n N e u m a n n

    C a r a c t e r i z a m - s e p o r :

    C o m p o s i o a p a r t i r d e 3 s u b s i s t e m a s b s i c o s :

    C P U ;

    M e m r i a P r i n c i p a l ;

    S i s t e m a d e E n t r a d a e S a d a ( E / S ) .

    C o n c e i t o d e p r o g r a m a a r m a z e n a d o ;

    E x e c u o s e q u e n c i a l d e i n s t r u e s ;

    U m n i c o c a m i n h o e n t r e a u n i d a d e d e c o n t r o l e e a m e m r i a .

    M e m r i a

    S i s t e m a

    d e E / S

    C P U

    U n i d a d e d e

    C o n t r o l e

    R e g s

    U L A

    e n d e r e o

    i n s t r u e s / d a d o s

    6

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    C i c l o d e V o n N e u m a n n

    A e x e c u o d e c a d a i n s t r u o n u m a m q u i n a d e V o n

    N e u m a n n o b e d e c e a u m c i c l o c o m p o s t o p o r 3 p a s s o s :

    B u s c a : a U C c o p i a a i n s t r u o a s e r e x e c u t a d a d a

    p o s i o d e m e m r i a a p o n t a d a p e l o r e g i s t r a d o r P C p a r a o

    r e g i s t r a d o r I R ( I n s t r u c t i o n R e g i s t e r ) .

    D e c o d i f i c a o : a U C d e c o d i f i c a a

    i n s t r u o a r m a z e n a d a e m I R ,

    i d e n t i f i c a n d o o q u e d e v e s e r

    e x e c u t a d o p e l a C P U .

    E x e c u o : a U C c o m a n d a a U L A

    p a r a a e x e c u o d a i n s t r u o

    d e c o d i f i c a d a e i n c r e m e n t a o r e g .

    P C p a r a a p r x i m a i n s t r u o .

    D e c o d i f i c a r

    B u s c a r

    E x e c u t a r

  • 7C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    M q u i n a s H a r v a r d

    S o u m t i p o p a r t i c u l a r d e m q u i n a s V o n N e u m a n n .

    C o n s e r v a m t o d a s a s c a r a c t e r s t i c a s d e u m a m q u i n a V o n

    N e u m a n n , p o r m , p o s s u e m v i a s s e p a r a d a s d e a c e s s o a

    d a d o s e e n d e r e o s e n t r e a C P U e a M e m r i a .

    A e x i s t n c i a d e a c e s s o s s e p a r a d o s a p r o g r a m a e d a d o s n a

    m e m r i a p e r m i t e q u e a C P U p o s s a a c e s s - l o s

    s i m u l t a n e a m e n t e , a d i a n t a n d o o c i c l o d e e x e c u o d a

    i n s t r u o s e g u i n t e .

    E m c o n t r a p a r t i d a h u m a u m e n t o n a c o m p l e x i d a d e d o

    s i s t e m a e n a q u a n t i d a d e d e c o n e x e s C P U - M e m r i a .

    S u a i m p l e m e n t a o p o d e s e r f e i t a a t r a v s d e u m a m e m r i a

    d e p o r t a d u p l a ( d u a l p o r t m e m o r y ) o u a t r a v s d e m e m r i a s

    d i s t i n t a s p a r a p r o g r a m a e d a d o s .

    8

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    I m p l e m e n t a o a t r a v s d e m e m r i a d e p o r t a d u p l a :

    P e r m i t e a r b i t r a r a p a r c e l a d a m e m r i a d e d i c a d a a

    p r o g r a m a e a p a r c e l a d e d i c a d a a d a d o s ;

    M e m r i a s d u a l p o r t s o m a i s c o m p l e x a s e m a i s c a r a s .

    M e m r i a

    S i s t e m a

    d e E / S

    C P U

    U n i d a d e d e

    C o n t r o l e

    R e g s

    U L A

    d a d o s

    e n d e r e o

    e n d e r e o

    i n s t r u e s

  • 9C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    I m p l e m e n t a o a t r a v s d e m e m r i a s d i s t i n t a s p a r a

    p r o g r a m a e d a d o s :

    P e r m i t e e m p r e g a r m e m r i a s d e t i p o s d i f e r e n t e s p a r a

    p r o g r a m a e d a d o s . E x . : F l a s h e R A M ;

    O t a m a n h o d o p r o g r a m a e d o s d a d o s l i m i t a d o p e l a

    d i m e n s o d e s u a s r e s p e c t i v a s m e m r i a s ( n o p o s s v e l

    a r b i t r a r s u a s p a r c e l a s e n t r e o m o n t a n t e t o t a l d i s p o n v e l ) .

    M e m r i a d e

    D a d o s

    S i s t e m a

    d e E / S

    C P U

    U n i d a d e d e

    C o n t r o l e

    R e g s

    U L A

    d a d o s

    e n d e r e o

    e n d e r e o

    i n s t r u e s

    M e m r i a d e

    P r o g r a m a

    1 0

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    C a m i n h o d e d a d o s d e u m a t p i c a m q u i n a d e V o n

    N e u m a n n

  • 1 1

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    M q u i n a s N o V o n N e u m a n n

    S o t o d o s s i s t e m a s c o m p u t a c i o n a i s q u e d i f e r e m d a s

    c a r a c t e r s t i c a s d a s m q u i n a s V o n N e u m a n n . E x . :

    C o m p u t a d o r e s A n a l g i c o s : o p e r a m s o b r e g r a n d e z a s

    f s i c a s n o n e c e s s a r i a m e n t e d i s c r e t i z a d a s ;

    M q u i n a s P a r a l e l a s : m l t i p l o s p r o c e s s a d o r e s

    e x e c u t a n d o p r o g r a m a s d e f o r m a c o o p e r a t i v a ;

    R e d e s N e u r o n i a i s A r t i f i c i a i s : s a d a s g e r a d a s a p a r t i r d o

    a p r e n d i z a d o d a r e d e a e s t m u l o s e x t e r n o s . N o h u m

    p r o g r a m a s e n d o e x e c u t a d o ;

    M q u i n a s d e F l u x o d e D a d o s : N o h e x e c u o d e u m

    p r o g r a m a . R e a l i z a m o p e r a e s c o n f o r m e o s d a d o s

    e n v o l v i d o s s o d i s p o n i b i l i z a d o s .

    1 2

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    2 . C P U , B a r r a m e n t o e P r o g r a m a

  • 1 3

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    C P U ( U C P )

    C e n t r a l P r o c e s s o r U n i t - U n i d a d e C e n t r a l d e P r o c e s s a m e n t o .

    C o n s t i t u i u m d o s 3 s u b s i s t e m a s b s i c o s d e u m c o m p u t a -

    d o r j u n t a m e n t e c o m a m e m r i a e o s i s t e m a d e E / S .

    r e s p o n s v e l p e l a e x e c u o d o s p r o g r a m a s a r m a z e n a -

    d o s n a m e m r i a . C o m p o s t o a p a r t i r d e 3 p a r t e s b s i c a s :

    U L A : U n i d a d e L g i c a e A r i t m t i c a r e s p o n s v e l p e l a

    e x e c u o d a s p r i n c i p a i s o p e r a e s l g i c a s e a r i t m t i c a s

    d a m q u i n a .

    R e g i s t r a d o r e s : s o p e q u e n a s m e m r i a s d e a l t a

    v e l o c i d a d e i n t e r n a s C P U .

    U C : U n i d a d e d e C o n t r o l e r e s p o n s v e l p o r b u s c a r a s

    i n s t r u e s n a m e m r i a p r i n c i p a l , d e c o d i f i c a - l a s e

    c o o r d e n a r a s d e m a i s p a r t e s p a r a e x e c u t a - l a .

    1 4

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    P r o g r a m a

    u m c o n j u n t o s e q u e n c i a l d e i n s t r u e s a r m a z e n a d a s

    n u m a s e q u n c i a d e e n d e r e o s d a m e m r i a .

    A e x e c u o d e u m p r o g r a m a

    c o r r e s p o n d e a e x e c u o

    s e q u e n c i a l d e s u a s i n s t r u e s ;

    A s e q u n c i a d e e x e c u o d a s

    i n s t r u e s d e f i n i d a d i n a m i c a -

    m e n t e e m t e m p o d e e x e c u o .

    E x i s t n c i a d e i n s t r u e s d e

    c o n t r o l e d a s e q u n c i a .

    0 0

    0 1

    0 2

    0 3

    0 4

    0 5

    0 6

    0 7

    0 8

    0 9

    0 A

    0 B

    0 C

    0 D

    0 E

    0 F

    I n s t r u e s E n d e r e o s

    P C

  • 1 5

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    B a r r a m e n t o

    u m c o n j u n t o d e v i a s ( f i o s ) r e s p o n s v e i s p e l a

    i n t e r c o n e x o d e s i s t e m a s o u s u b s i s t e m a s .

    P o d e m s e r e x t e r n o s C P U , c o n e c t a n d o , m e m r i a e

    d i s p o s i t i v o s d e E / S o u i n t e r n o s e l a , c o n e c t a n d o s e u s

    c o m p o n e n t e s .

    P o d e m s e r d i v i d i d o s e m 3 c a t e g o r i a s b s i c a s :

    B a r r a m e n t o d e d a d o s

    B a r r a m e n t o d e e n d e r e o s

    B a r r a m e n t o d e s i n a i s d e c o n t r o l e

    1 6

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    3 . N v e i s d e A b s t r a o

  • 1 7

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    N v e i s d e A b s t r a o

    E s t a b e l e c e m o g r a u d e d e t a l h a m e n t o c o m q u e u m d a d o

    s i s t e m a d e s c r i t o .

    M a i o r o n v e l d e a b s t r a o :

    m e n o r o n v e l d e d e t a l h a m e n t o ( m a i s a b s t r a t a ) ;

    d e s c r i o m a i s s i m p l e s ;

    c o m p r e e n s o m a i s s i m p l e s .

    M e n o r o n v e l d e a b s t r a o :

    m a i o r o n v e l d e d e t a l h a m e n t o ( m e n o s a b s t r a t a ) ;

    d e s c r i o m a i s c o m p l e x a ;

    c o m p r e e n s o m a i s d i f c i l .

    1 8

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    E x . : U m a s o m a d e s c r i t a e m 5 n v e i s d e a b s t r a o .

    N v e l F u n c i o n a l

    N v e l d e B l o c o s

    N v e l d e P o r t a s L g i c a s

    N v e l d e T r a n s i s t o r e s

    N v e l d e L e i a u t e

    c = a + b

    S o m a d o r

    C o m p l e t o

    d e 1 b i t

    a

    b

    c

    c

    i n

    c

    o u t

    c

    Red

    u

    o d

    o n

    vel

    de

    abst

    ra

    o

  • 1 9

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    C o m p u t a d o r

    u m a m q u i n a e l e t r n i c a d e l g i c a p r o g r a m v e l ,

    r e p r e s e n t v e l p o r u m a h i e r a r q u i a d e n v e i s d e a b s t r a o .

    N v e l d o S i s t e m a O p e r a c i o n a l

    N v e l 3

    N v e l d a A r q u i t e t u r a d o

    C o n j u n t o d e I n s t r u e s ( I S A )

    N v e l 2

    N v e l d a M i c r o a r q u i t e t u r a

    N v e l 1

    N v e l d a L g i c a D i g i t a l

    N v e l 0

    N v e l d a L i n g u a g e m A s s e m b l y

    N v e l 4

    T r a d u o ( c o m p i l a d o r )

    T r a d u o ( m o n t a d o r )

    I n t e r p r e t a o p a r c i a l ( S i s t e m a O p e r a c i o n a l )

    I n t e r p r e t a o ( M i c r o p r o g r a m a ) o u e x e c u o d i r e t a

    H a r d w a r e

    N v e l d a s L i n g u a g e n s O r i e n t a d a s

    S o l u o d e P r o b l e m a s

    N v e l 5

    2 0

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    N v e l 0 : L g i c a D i g i t a l

    C o m p o s t o p o r c o m p o n e n t e s l g i c o s e l e m e n t a r e s t a i s c o m o

    p o r t a s l g i c a s , r e g i s t r a d o r e s e b a r r a m e n t o s .

    S e r i a p o s s v e l d e f i n i r a i n d a n v e i s d e a b s t r a o a b a i x o d e s s e

    n v e l , t a l c o m o o n v e l d a m a l h a d e t r a n s i s t o r e s o u o n v e l d e

    l e i a u t e , e n t r e t a n t o i s s o n o c o n v m a e s s a a b o r d a g e m .

    N v e l 1 : M i c r o a r q u i t e t u r a

    N e s t e n v e l o c o m p u t a d o r d e s c r i t o p o r m e i o d e b l o c o s

    f u n c i o n a i s ( f o r m a d o s a p a r t i r d e c o m p o n e n t e s l g i c o s

    e l e m e n t a r e s ) , t a i s c o m o a U L A , a u n i d a d e d e c o n t r o l e , o

    c o n j u n t o d e r e g i s t r a d o r e s , e t c .

  • 2 1

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    N v e l 2 : A r q u i t e t u r a d o C o n j u n t o d e I n s t r u e s ( I S A )

    A p a r t i r d e s t e n v e l a m q u i n a d e i x a d e s e r r e p r e s e n t a d a p o r

    c o m p o n e n t e s f s i c o s ( h a r d w a r e ) e p a s s a a s e r r e p r e s e n t a d a

    p o r u m c o n j u n t o d e i n s t r u e s ( s o f t w a r e ) .

    O c o n j u n t o d e i n s t r u e s q u e c o m p e m o n v e l I S A

    d e n o m i n a d o L i n g u a g e m d e M q u i n a , p u r a m e n t e n u m r i c a .

    N v e l 3 : S i s t e m a O p e r a c i o n a l

    u m n v e l h b r i d o , i s t o , p a r t e d a s i n s t r u e s d e s t e n v e l

    t a m b m p e r t e n c e m a o n v e l I S A .

    A l m d a s i n s t r u e s c o m u n s a o n v e l I S A , e s t e n v e l

    i m p l e m e n t a i n s t r u e s m a i s c o m p l e x a s t a i s c o m o a q u e l a s

    n e c e s s r i a s e x e c u o s i m u l t n e a d e m l t i p l o s p r o g r a m a s .

    2 2

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    N v e l 4 : L i n g u a g e m A s s e m b l y

    T r a t a - s e d o p r i m e i r o n v e l c u j a l i n g u a g e m v o l t a d a p a r a

    p r o g r a m a d o r e s d e a p l i c a o .

    I n s t r u e s d e i x a m d e s e r p u r a m e n t e n u m r i c a s e p a s s a m a

    s e r r e p r e s e n t a d a s p o r p a l a v r a s o u a b r e v i a e s p r x i m a s

    l i n g u a g e m h u m a n a .

    A e x e c u o d e p r o g r a m a s e s c r i t o s n e s s e n v e l f e i t a

    a t r a v s d e s u a t r a d u o p a r a o s n v e i s 1 , 2 o u 3 , p o r u m a

    f e r r a m e n t a c h a m a d a M o n t a d o r ( A s s e m b l e r ) .

    N v e l 5 : L i n g u a g e n s O r i e n t a d a s S o l u o d e P r o b l e m a s

    L i n g u a g e n s d e a l t o n v e l t a i s c o m o C , C + + , P a s c a l , J a v a , e t c .

    E x e c u o d e p r o g r a m a s f e i t a g e r a l m e n t e a t r a v s d e s u a

    t r a d u o p a r a o s n v e i s 3 o u 4 , p o r u m C o m p i l a d o r .

  • 2 3

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    4 . M e m r i a s

    2 4

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    M e m r i a

    C o n j u n t o d e p o s i e s e n d e r e v e i s c a p a z d e a r m a z e n a r

    u m a f a i x a l i m i t a d a d e v a l o r e s e m c a d a e n d e r e o .

    B i t : d g i t o b i n r i o ( 0 o u 1 ) ;

    B y t e : c o n j u n t o d e 8 b i t s ;

    P a l a v r a ( w o r d ) : c o n j u n t o d e

    2 o u m a i s b y t e s * .

    M e m r i a M x N :

    M e m r i a o r g a n i z a d a e m M

    e n d e r e o s d e N b i t s c a d a ;

    C a p a c i d a d e : M * N b i t s .

    . . .

    0 0

    0 1

    0 2

    2

    M

    - 1

    N b i t s

    2M

    endere

    os

    M b i t s d e

    e n d e r e o

    V a l o r e s

    d e N b i t s

  • 2 5

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    O p e r a o d e E s c r i t a :

    R e c e b e : e n d e r e o e d a d o ;

    E n t r e g a : n a d a .

    O p e r a o d e L e i t u r a :

    R e c e b e : e n d e r e o ;

    E n t r e g a : d a d o .

    Q u a l q u e r c i r c u i t o p u r a m e n t e c o m b i n a c i o n a l d e M

    e n t r a d a s e N s a d a s p o d e s e r s u b s t i t u d o p o r u m a

    m e m r i a M x N d e v i d a m e n t e p r o g r a m a d a .

    . .

    .

    0 0

    0 1

    0 2

    2

    M

    - 1

    e n d e r e o

    d a d o

    . .

    .

    0 0

    0 1

    0 2

    2

    M

    - 1

    e n d e r e o

    d a d o

    2 6

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    C l a s s i f i c a o d a s M e m r i a s :

    T e m p o d e r e t e n o :

    V o l t i l : p e r d e o s d a d o s a r m a z e n a d o s a o s e r d e s l i g a d a .

    N o v o l t i l : r e t m o s d a d o s a r m a z e n a d o s m e s m o d e s l i g a d a ;

    F o r m a d e a c e s s o :

    S e q u e n c i a l : o e n d e r e o d e l e i t u r a / e s c r i t a o b e d e c e s e q u n c i a

    p r e e s t a b e l e c i d a . E x s . : F I F O , L I F O ( p i l h a ) , f i t a s m a g n t i c a s ;

    A l e a t r i o : a l e i t u r a / e s c r i t a p o d e s e r f e i t a a c e s s a d o - s e

    d i r e t a m e n t e o e n d e r e o d e s e j a d o . E x . : M e m r i a D D R ;

    T i p o d e a c e s s o :

    E s c r i t a e l e i t u r a : E x s . : D i s c o r g i d o , m e m r i a R A M , p e n - d r i v e ;

    S o m e n t e l e i t u r a : E x s . : C D d e m s i c a ( o r i g i n a l ) .

  • 2 7

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    T e c n o l o g i a :

    S e m i c o n d u t o r a E x s . : m e m r i a F l a s h ( p e n - d r i v e ) , R A M ;

    M a g n t i c a E x s . : D i s c o r g i d o , f i t a m a g n t i c a ;

    p t i c a - E x s . : C D , D V D , B l u e - R a y .

    T i p o d e a r m a z e n a m e n t o :

    E s t t i c a : o d a d o r e t i d o e n q u a n t o h o u v e r a l i m e n t a o .

    D i n m i c a : m e s m o a m e m r i a p e r m a n e c e n d o a l i m e n t a d a , o s

    d a d o s a r m a z e n a d o s s e c o r r o m p e m p a s s a d o u m c e r t o t e m p o

    a p s s u a e s c r i t a ( g e r a l m e n t e a l g u n s n a n o s s e g u n d o s ) .

    N e c e s s i d a d e d e u m s i s t e m a d e r e f r e s h ( l e i t u r a e r e e s c r i t a

    p e r i d i c a d o s e u c o n t e d o ) ;

    2 8

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    R e g i s t r a d o r e s

    S o p e q u e n a s m e m r i a s d e a l t a v e l o c i d a d e , i n t e r n a s

    C P U , d e d i c a d a s a a r m a z e n a r v a l o r e s t e m p o r r i o s d e

    u m a i n s t r u o , b e m c o m o d a d o s d e c o n t r o l e n e c e s s r i o s

    s u a e x e c u o .

    S u a i m p l e m e n t a o m a i s c o m u m a t r a v s d e u m

    c o n j u n t o d e f l i p - f l o p s .

    C a d a r e g i s t r a d o r p o d e t e r u m n m e r o a r b i t r r i o d e b i t s ,

    c o n f o r m e s u a f u n o , p o d e n d o s e r d i v i d o e m p a r t e s .

    b

    1 4

    b

    1 5

    b

    1 2

    b

    1 3

    b

    1 0

    b

    1 1

    b

    8

    b

    9

    b

    6

    b

    7

    b

    4

    b

    5

    b

    2

    b

    3

    b

    0

    b

    1

    R e g i s t r a d o r A X ( 1 6 b i t s )

    R e g i s t r a d o r A H ( 8 b i t s ) R e g i s t r a d o r A L ( 8 b i t s )

  • 2 9

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    G a r g a l o d e V o n N e u m a n n

    P a r a u m a m e s m a t e c n o l o g i a , a v e l o c i d a d e c o m q u e a

    C P U p o d e o p e r a r n o t a v e l m e n t e s u p e r i o r v e l o c i d a d e

    d a m e m r i a p r i n c i p a l .

    C o n s e q u e n t e m e n t e , o c i c l o d e e x e c u o d e u m a

    i n s t r u o s e r t a n t o m a i s r p i d o q u a n t o m e n o s a c e s s o s

    e l a e x i g i r m e m r i a e x t e r n a .

    G a r g a l o d e V o n N e u m a n n : b a i x a l i m i t a o d a t a x a d e

    t r a n s f e r n c i a e n t r e a m e m r i a p r i n c i p a l e a C P U e m

    r e l a o t a x a c o m a q u a l a C P U c a p a z d e o p e r a r .

    S o l u o : r e d u z i r o t r f e g o d e d a d o s C P U M e m r i a

    P r i n c i p a l .

    3 0

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    M e m r i a C a c h e

    U m a d a s f o r m a s d e s e c o n t o r n a r o g a r g a l o d e V o n

    N e u m a n n a t r a v s d o u s o d e m e m r i a s c a c h e .

    C o m o a m e m r i a p r i n c i p a l l e n t a e m r e l a o C P U ,

    p o d e - s e a u m e n t a r o d e s e m p e n h o d o s i s t e m a f a z e n d o

    c o m q u e a C P U a c e s s e a m e m r i a p r i n c i p a l i n d i r e t a -

    m e n t e a t r a v s d e u m a m e m r i a i n t e r m e d i r i a d e m a i o r

    v e l o c i d a d e .

    M e m r i a C a c h e : m e m r i a r p i d a e p e q u e n a , i n t e r m e -

    d i r i a e n t r e a m e m r i a p r i n c i p a l e o s r e g i s t r a d o r e s .

    M e m r i a

    P r i n c i p a l

    C P U

    U n i d a d e d e

    C o n t r o l e

    R e g s

    U L A

    C a c h e

  • 3 1

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    P r i n c p i o d a L o c a l i d a d e

    R e f e r n c i a s m e m r i a e m c u r t o s i n t e r v a l o s d e t e m p o

    t e n d e m a u s a r u m a p e q u e n a f r a o d a m e m r i a t o t a l .

    O p r o c e s s a d o r m a n t m n a c a c h e a s i n f o r m a e s q u e

    ( e m f u n o d a l o c a l i d a d e ) m a i s p r o v a v e l m e n t e

    n e c e s s i t a r e m s e g u i d a .

    O a r m a z e n a m e n t o e m c a c h e r e d u z o t e m p o m d i o d e

    a c e s s o i n f o r m a o .

    C a c h e p r i m r i a - i n t e r n a a o p r o c e s s a d o r .

    C a c h e s e c u n d r i a - e x t e r n a a o p r o c e s s a d o r .

    3 2

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    H i e r a r q u i a d e M e m r i a

    N u m c o m p u t a d o r , a m e m r i a d i v i d i d a e m n v e i s

    h i e r r q u i c o s :

    R e g i s t r a d o r e s

    C a c h e

    M e m r i a P r i n c i p a l

    ( R A M )

    M e m r i a S e c u n d r i a

    ( H D , C D , D V D , e t c . )

    m a i s r p i d a

    m a i s c a r a

    m e n o r c a p a c i d a d e

    m a i s l e n t a

    m a i s b a r a t a

    m a i o r c a p a c i d a d e

  • 3 3

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    5 . S i s t e m a d e E / S

    3 4

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    S i s t e m a d e E / S

    C o n s t i t u i u m d o s 3 c o m p o -

    n e n t e s e l e m e n t a r e s d e u m

    c o m p u t a d o r .

    C o n j u n t o f o r m a d o

    p e l o s d i s p o s i t i v o s

    r e s p o n s v e i s p e l a

    c o m u n i c a o e n t r e

    a C P U e o m u n d o

    e x t e r n o .

  • 3 5

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    D e m a n e i r a g e r a l , o s d i s p o s i t i v o s d e E / S s o c o m p o s t o s

    p o r d u a s p a r t e s :

    C o n t r o l a d o r a : c o n t m o s c i r c u i t o s n e c e s s r i o s

    c o m u n i c a o c o m o b a r r a m e n t o d a C P U e b o a p a r t e d o s

    c i r c u i t o s d e c o n t r o l e d o p e r i f r i c o . E x . : P l a c a d e V d e o ;

    P e r i f r i c o c o n t r o l a d o : d i s p o s i t i v o p r o p r i a m e n t e d i t o .

    E x . : M o n i t o r .

    3 6

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    C o m u n i c a o d e E / S

    Q u a n t o a o t i p o d e c o m u n i c a o e n t r e a c o n t r o l a d o r a e o

    p e r i f r i c o , p o d e - s e c l a s s i f i c a - l a b a s i c a m e n t e e m 2 t i p o s :

    P a r a l e l a : t o d o s o s b i t s d e u m s i m b o l o ( b y t e , w o r d , e t c )

    s o t r a n s m i t i d o s s i m u l t a n e a m e n t e . E x . : A T A , P C I , I D E .

    S i m p l i c i d a d e ;

    E l e v a d a d e n s i d a d e d e i n t e r c o n e x e s ;

    D i f i c u l d a d e d e s i n c r o n i z a o a l t a s t a x a s .

    S e r i a l : o s b i t s d e u m s i m b o l o s o t r a n s m i t i d o s s e q u e n c i a l -

    m e n t e . E x . : R S - 2 3 2 , U S B , P S / 2 , S A T A , F i r e W i r e .

    B a i x a d e n s i d a d e d e i n t e r c o n e x e s ;

    C a p a z d e o p e r a r a l t a s t a x a s ;

    C o m p l e x i d a d e ;

  • 3 7

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    6 . N o e s d e D e s e m p e n h o

    3 8

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    N o e s d e D e s e m p e n h o

    D e s e m p e n h o d a C P U :

    M I P S : M i l h e s d e I n s t r u e s P o r S e g u n d o ;

    M F L O P S : M i l h e s d e O p e r a e s e m P o n t o F l u t u a n t e P o r

    S e g u n d o .

    V a z o ( t h r o u g h p u t ) : a t a x a d e t r a n s f e r n c i a d e d a d o s

    o u d e e x e c u o d e a e s p o r u n i d a d e d e t e m p o .

    L a t n c i a : o t e m p o q u e u m d i s p o s i t i v o l e v a p a r a f o r n e c e r

    u m a r e s p o s t a a p s u m a s o l i c i t a o o u e s t m u l o .

    B o m D e s e m p e n h o : B a i x a l a t n c i a e e l e v a d a v a z o .

  • 3 9

    C i r c u i t o s D i g i t a i s I I P r o f . M a r c o s Z u r i t a

    A n d r e w S . T a n e n b a u m , O r g a n i z a o

    E s t r u t u r a d a d e C o m p u t a d o r e s , 5 a E d . ,

    P e a r s o n , 2 0 0 6 .

    J . L . H e n n e s s y & D . A . P a t t e r s o n , A r q u i t e t u r a

    d e C o m p u t a d o r e s - U m a A b o r d a g e m

    Q u a n t i t a t i v a , E d i t o r a C a m p u s , 2 0 0 3 .

    W i l l i a n s S t a l l i n g s , A r q u i t e t u r a e O r g a n i z a o

    d e C o m p u t a d o r e s , 5 E d i o , P e a r s o n , 2 0 0 3 .

    A l b e r t P a u l M a l v i n o , M i c r o c o m p u t a d o r e s e

    M i c r o p r o c e s s a d o r e s , M c G r a w - H i l l , 1 9 8 5 .

    H e r b e r t T a u b , C i r c u i t o s D i g i t a i s e

    M i c r o p r o c e s s a d o r e s , M c g r a n w - H i l l , 1 9 8 4 .

    N o t a s d e a u l a d o p r o f e s s o r I v a n S a r a i v a , U F P I .