Hardware: Componentes
Básicos
Arquitetura dos Computadores
Introdução a Computação
Dispositivos de Entrada
Processamento
Dispositivos de Saída
Armazenamento
Marco Antonio Montebello Júnior
[email protected]
Introdução a Computação
Sistema de Computador Pessoal
Anatomia de um Teclado
Introdução a Computação
Arquitetura e Organização
Estrutura do Computador
Arquitetura: É tudo aquilo que é visivel ao
computador
Introdução a Computação
Conjunto de instruções, números de bits usados
para representar dados, mecanismos de E/S,
técnicas de endereçamento
Computador
Unidade
Central de
Processamento
Sistema de
Interconexão
Computador
Organização: É como as funcionalidades são
implementadas
Entrada /
Saída
Sinais de Controle, Interfaces, tecnologias de
memória
Introdução a Computação
Memória
Principal
Introdução a Computação
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Unidade Central de
Processamento (CPU)
Estrutura da CPU
A grosso modo conhecido como
microprocessador
Realiza o gerenciamento de todos os
recursos disponíveis no sistema
Conjunto complexo de
circuitos eletrônicos
Executa instruções de
programa armazenadas
O processamento é feito pela CPU por meio
do ciclo de busca/execução regulado pelo
clock (relógio)
Introdução a Computação
Introdução a Computação
Estrutura da CPU
Microprocessador
CPU
Computer
Registradores
E/S
Barramento CPU
do Sistema
Unidade
Lógica e
Aritmética
Interconexão
Interna da CPU
Memória
ULA – Unidade Lógica e Aritmética
Operações Aritméticas
Unidade
de
Controle
Adição, subtração, multiplicação e divisão
Operações Lógicas
Compara números, letras ou caracteres especiais
Testa uma das 3 condições:
Introdução a Computação
Introdução a Computação
Funcionamento e Estrutura da
CPU
Microprocessador
Registradores
Armazenam os dados a serem usados pela ULA
Unidade de Controle
Possui lógica para movimentação de dados e
instruções de e para a CPU, por meio de sinais
de controle
Barramento Interno
Introdução a Computação
Condição de igualdade (=)
Condição menor que (<)
Condição maior que (>)
As operações da CPU
em um ciclo de instrução:
Buscar a instrução (captar)
Interpretar a Instrução
(decodificar)
Buscar e processar os
Dados (executar)
Escrever os dados
(armazenar)
Introdução a Computação
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O Ciclo da Máquina
CPU – Instruções
O tempo necessário para recuperar, executar e
armazenar uma operação.
Componentes:
Tempo de Instrução (L-Time)
A UC recebe a instrução da memória e coloca em um registro
A UC decodifica a instrução e determina qual é a localização
de memória para os dados necessários
Tempo de Execução (E-Time)
A UC transfere dados da memória para registros na ULA, a
mesma executa instruções relativas aos dados
A UC armazena o resultado da operação na memória ou em
um registro
Cada CPU tem o seu próprio conjunto de instruções
Elementos de uma instrução
Código da Operação (Opcode): O que fazer
Operandos de Origem: Com o que fazer
Operando de Destino: Onde gravar o resultado
Referência a próxima instrução: Para onde ir
O clock do sistema sincroniza as operações
Introdução a Computação
Introdução a Computação
CPU
Tipos de Processamento
CPU – Instruções
Apesar do Ciclo de Instrução ser composto de
várias etapas, o mesmo é realizado de forma
seqüencial:
Pipeline
O processador fica ocioso durante a leitura/escrita
dos dados
Processamento Paralelo
Introdução a Computação
CPU – Pipeline
Que usa múltiplos processadores simultaneamente
Introdução a Computação
CPU – Seqüencial
O ciclo de instrução é dividido em 2 estágios:
Uma variação do processamento serial tradicional
Leitura da instrução
Execução da instrução lida
Instruções são executadas em paralelo,
evitando que o processador fique ocioso
Introdução a Computação
Introdução a Computação
3
CPU – Pipeline
CPU – Pipeline
Introdução a Computação
Introdução a Computação
CPU – Processamento Paralelo
O processador de Controle divide o problema em
partes
Fornece à CPU uma área de armazenamento/
trabalho para instruções de programas e
dados
Fisicamente próxima à CPU
Simula o utilização de 2 processadores
Pentium M Dual Core
Cada parte é enviada a um processador distinto
Cada processador tem sua própria memória
O processador de controle monta os resultados
Pentium HT
Memória – Características
Reduzir o tempo de acesso
Fornecer rapidamente dados e instruções à CPU
Possui processador com núcleo duplo
Máquinas com diversos processadores
Existe grande diversidade de memórias
Introdução a Computação
Memória – Características
Memória – Hierarquia
Localização
Introdução a Computação
Interna
Mais próximas dos processador
Registradores, cache, memória principal (RAM)
Externa
Dispositivos de armazenamento auxiliar, acessíveis através de
controles de E/S
HD’s (disco magnético), fitas, CD’s, disquetes
Registradores
Cache
Memória Principal
Disco Magnético
CD-ROM, DVD
Características Físicas
Voláteis
Necessitam de energia para manter os dados
Não voláteis
A informação fica armazenada mesmo sem energia
Introdução a Computação
Velocidade
Custo por bit
Capacidade
Fita Magnética
Introdução a Computação
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Memória Principal
RAM (Random Access Memory)
Leitura e/ou Escrita
Volátil – armazenamento temporário
ROM (Read Only Memory)
Somente Leitura
Não volátil – armazenamento permanente
Armazenamento permanente de programas e
dados do fabricante do computador
Ex.: BIOS (Basic Input/Output System)
Memória Cache
Possui alta velocidade
Memória de pouca capacidade, localizada entre
a CPU e a memória principal
O processador tenta buscar as informações na
memória cache, por ser mais rápida. Se não
encontrar ele vai buscar na RAM, e se também
não encontrar ele vai buscar no disco.
Introdução a Computação
Introdução a Computação
Cache do Processador
Cache interna (Nível 1) embutida no microprocessador
Memória
Acesso mais rápido, porém custo mais elevado
Todos os softwares que são executados em um
computador (incluindo o SO) são alocados na
memória RAM
Cache externa (Nível 2) em um chip separado
Incorporada ao processador e alguns microprocessadores
atuais
A quantidade de memória RAM é um recurso
limitado
Como resolver esse problema???
Memória Virtual
Introdução a Computação
Memória Virtual
Usa parte da área de armazenamento (HD)
como memória
Qual seria a vantagem de comprar uma máquina
com mais memória RAM?
Desempenho. Um micro que esteja usando “memória
virtual” será muito mais lento do que um que esteja
utilizando memória RAM para rodar os programas.
Então o uso de memória virtual deve ser evitado
sempre que possível
Porém é um “mal” necessário,tendo em vista que os
programas estão maiores (em bytes) a cada dia
Introdução a Computação
Introdução a Computação
Barramento
Caminho de comunicação comum, que
conecta os componentes
Fios são compartilhados:
Somente um dispositivo pode enviar dados em
um determinado momento
Todos “escutam”, mas em geral só um lê os
dados
Barramento é controlado por um mestre
Os outros dispositivos são escravos
Introdução a Computação
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Entrada / Saída (E/S)
Input / Output (I/O)
Barramento
Vantagens
Elimina a necessidade de conectar cada dispositivo com todos os
outros
Grande variedade de dispositivos
Dispositivos Externos
Classificados em:
Síncronos
Todas as suas operações são sincronizadas por um relógio central
Assíncronos
Cada operação possui o seu próprio sinal de indicação de operação
Largura do Barramento
Geralmente tem a mesma largura da palavra da CPU
Quanto maior pode: transferir mais dados, referenciar mais endereços
e suportar mais instruções
Legíveis para seres humanos
Monitor, impressora, teclado
Comunicação
Modem, Placa de rede
Velocidade do Barramento
Quanto maior mais rapidamente os dados trafegam pelo sistema
Introdução a Computação
Introdução a Computação
Entrada / Saida (E/S)
Input / Output (I/O)
Seqüência de operações:
CPU checa status do dispositivo através do módulo
de E/S
Módulo de E/S retorna status
Se estiver pronto, CPU requisita transferência de
dados
Módulo de E/S transfere dados para a CPU
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