Arquitetura
de computadores
Prof. Marcelo Mendes
Organização Básica de
Computadores
Computador eletrônico digital

DSC/CCT/UFCG
Sistema composto por
 processador,
 memória,
 dispositivos de entrada e saída interligados.
Introdução a Sistemas Operacionais
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Organização Básica de
Computadores
Tipos de Memória em uso nos computadores
Memória
principal
Processador
(Cache L1 e
Registradores)
Memória
secundária
Cache L2
(separado)
DSC/CCT/UFCG
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Organização Básica de
Computadores
Memória



Parte do computador onde os programas e os dados são
armazenados.
Elemento a ser manipulado: bit (armazena a informação na forma de
bits)
Unidade de informação a ser armazenada, recuperada ou
transferida (célula) - Grupo de n bits (n = 8)  1 Byte
• ENDEREÇO: código de identificação da localização das células
(informações).
Operações:
• ESCRITA: transferência de informações de outro componente do
sistema de computação para a memória (CPU  memória)
• LEITURA: transferência de bits da memória para a CPU, disco.
DSC/CCT/UFCG
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Organização Básica de
Computadores

Memória de um computador  subsistema construída de vários componentes (vários tipos
diferentes de memória) interligados e integrados, com
o objetivo de armazenar e recuperar informações.

Conceitos Importantes
 Tempo de acesso
 Capacidade
 Volatilidade
 Tecnologia de fabricação
 Temporariedade
 Custo
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Organização Básica de
Computadores

Em um sistema de computação não é possível
construir e utilizar apenas um tipo de memória.

Para certas atividades, por exemplo, é fundamental
que a transferência de informações seja a mais rápida
possível.
Hierarquia de Memória
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Organização Básica de
Computadores
Custo alto Velocidade
alta Baixa
capacidade
Hierarquia de Memória
Registradores
Memória Cache
Memória Principal
Discos
Custo baixo
Velocidade baixa
Capacidade elevada
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CD-ROM
Memória Secundária
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Organização Básica de
Computadores
Registradores

Elementos superiores da pirâmide de memória, por
possuírem a maior velocidade de transferência
dentro do sistema (menor tempo de acesso), menor
capacidade de armazenamento e maior custo.

Memórias rápidas usadas em execução de
instruções dentro do processador (objetivo:
minimizar os acessos às memórias externas ao
processador).
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Organização Básica de
Computadores
Registradores
Podem ser divididos grosseiramente em 2 categorias

Registradores de propósito específico
 cumprem funções específicas (Ex.: PC ou IP e SP)
 alguns só são usados pelo processador

Registradores de propósito geral
 usados para armazenar variáveis locais e resultados
intermediários
 são, em geral, simétricos e intercambiáveis (usados
indistintamente)
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Organização Básica de
Computadores
Registradores

Parâmetros: Menor tempo de acesso, baixa
capacidade (Ex.: 32 bits, 64 bits), dispositivos
voláteis,
memória
de
semicondutores,
armazenamento temporário e apresenta o custo
mais elevado.
EAX
RAX
Maiores informações sobre registradores foram apresentadas anteriormente (UCP).
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Organização Básica de
Computadores
Memória Principal

A memória básica de um sistema de computação
desde seus primórdios.

É o dispositivo no qual o programa (e seus dados)
que vai ser executado é armazenado para que a CPU
"busque" instrução por instrução.
Uma das principais características definidas no projeto de arquitetura do sistema
de Von Neumann, o qual se constitui na primeira geração dos computadores,
consistia no fato de ser uma máquina "de programa armazenado". O fato de as
instruções, uma após a outra, poderem ser imediatamente acessadas pela CPU
é que garante o automatismo do sistema e aumenta a velocidade de execução
dos programas.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Principal - Parâmetros

Capacidade – na ordem de 512 MB (ou 1 GB), por
exemplo.

Dispositivos voláteis. Há normalmente uma pequena
quantidade de memória não volátil fazendo parte da
memória principal (contém o BIOS).

Tecnologia - em sistemas atuais esta tecnologia
produz memória com elementos dinâmicos (por
exemplo: DRAM).
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Organização Básica de
Computadores
Memória Principal - Parâmetros

Temporariedade - variável, depende de várias circunstâncias
(p. ex.: tamanho do programa e sua duração, a quantidade
de programas que estão sendo processados juntos, etc.). A
transitoriedade com que as informações permanecem
armazenadas na MP é, em geral, mais duradoura que na
memória cache ou nos registradores.

A DRAM têm um custo mais baixo que o das memórias
cache - são vendidos computadores com quantidade
apreciável de MP (32 MB, 64 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB)
sem que o preço seja inaceitável.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Principal
DSC/CCT/UFCG

Quanto maior a capacidade de armazenamento
(em
Bytes),
maior
a
capacidade
de
processamento.

Uso de memória virtual  Uso do HD como
extensão da Memória Principal.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Principal – Endereços de Memória




DSC/CCT/UFCG
Memória – formada por um conjunto de células
(posições), cada uma guarda uma informação.
Célula – menor unidade endereçável (tamanho
padrão usual – 8 bits – 1 byte).
Bytes são agrupados em palavras (palavra de 32 bits
tem 4 bytes/palavra).
A maioria das instruções de uma máquina opera
sobre palavras. Uma máquina de 32 bits deverá ter
registradores e instruções para tratar palavras de 32
bits.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Principal – Endereços de Memória

DSC/CCT/UFCG
Endereço da célula – número associado à célula, que
permite aos programas referenciá-la.
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Organização Básica de
Computadores
Tipos de Memória e Encapsulamento

Exemplo:
Chips de memória de
4 MB
Conector
SIMM/72 – Possui 72 conectores. Utilizada em processadores 486,
Pentium e superiores é um módulo SIMM de 32 bits, encontradas,
por exemplo, nas versões de 4 MB, 8 MB, 16 MB e 32 MB.
No caso de uma máquina definida como de 64 bits*, como o
Pentium, essas placas são usadas aos pares, cada uma delas
acessando metade dos bits necessários a uma operação com a
memória.
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Organização Básica de
Computadores
Tipos de Memória e Encapsulamento

Exemplo:
DIMM/168 – Possui 84 conectores banhados a ouro de cada lado,
perfazendo um total de 168 conectores. É um módulo de 64 bits. A
capacidade está acima de 64 MB.
Os primeiros eram alimentados com 5V e usavam memórias como
FPM e EDO. Os mais modernos são alimentados com 3,3V e usam
memórias SDRAM.
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Organização Básica de
Computadores
Problemas (Processador – Memória)


Acesso à memória, leitura e escrita, é um dos motivos
para menor velocidade de processamento.
Processador é muito mais rápido do que a transferência
de dados.
Soluções
 Processador deve executar outras instruções enquanto
aguarda acesso à memória. Isto nem sempre é possível
e é difícil de implementar.
 Colocar memória principal no Chip do processador. Isto
tornaria o chip maior e mais caro.
 Uso de uma memória menor e mais rápida (em relação à
memória principal) chamada Memória Cache.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Cache




Dispositivo de memória entre a CPU e a MP
Função: acelerar a velocidade de transferência das
informações entre CPU e MP, aumentando o
desempenho dos sistemas.
Usada para armazenamento de instruções e dados mais
freqüentemente acessados do programa em execução.
As palavras de memória mais usadas pelo processador
devem permanecer armazenadas na cache. Somente
no caso de ela não estar armazenada na cache é que a
busca se dará na memória principal.
Cache – da palavra francesa cacher, que significa esconder.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Cache
Logicamente – cache é colocada entre o processador e a memória
principal.
Fisicamente – existem vários lugares possíveis para a cache.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Cache

Fabricada com tecnologia semelhante à da CPU (possui
tempos de acesso compatíveis, resultando numa
considerável redução da espera da CPU para receber dados
e instruções da cache, ao contrário do que acontece em
sistemas sem cache).

Há diversos tipos de memória cache utilizados em sistemas
de computação modernos: Cache para a Memória Principal
(RAM cache), Cache para Disco.

Podem existir caches primárias (dentro do processador) e
outra secundária (fora do chip do processador) e até uma
terceira cache mais externa.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Cache

Podem ser inseridas em dois (ou três) níveis: Cache L1
(Level 1) - nível 1), Cache L2 e Cache L3.

Cache L1 (primária) - interna ao processador.

Cache L2 (externa ou secundária) - instalada, em geral, na
placa-mãe do computador. Atualmente: localizada no
interior da pastilha do processador, separada deste (cache
backside).

Cache L3 – Existente em alguns processadores, localizada
externamente ao processador.

Quanto mais próxima do processador, melhor será o
desempenho do mesmo.
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Organização Básica de
Computadores
Memória Cache - Parâmetros

Capacidade - deve-se conciliar o compromisso de uma
apreciável capacidade com a não-elevação demasiada de
seu preço. Ex.: 16K a 2 MB

Dispositivos voláteis.

Tecnologia - circuitos eletrônicos de alta velocidade. Em
geral, são memórias RAM estáticas (SRAM).

Armazenamento temporário.

O custo de fabricação das memórias cache é alto.
Memórias cache internas à CPU ainda são mais caras do
que as externas.
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Computadores
Memória Secundária

Denominada memória secundária, memória auxiliar ou
memória de massa.

Objetivo: garantir um armazenamento mais permanente
à toda a estrutura de dados e programas do usuário deve possuir maior capacidade que a memória principal.

Pode ser constituída por diferentes tipos de dispositivos,
alguns diretamente ligados ao sistema para acesso
imediato (Ex.: discos rígidos), e outros que podem ser
conectados quando desejado (Ex.: disquetes, fitas, CDROM etc.).
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Organização Básica de
Computadores
Memória Secundária - Parâmetros

Tempo de acesso/ciclo de memória - são, em geral,
dispositivos eletromecânicos e não circuitos puramente
eletrônicos - possuem tempo de acesso maiores. Discos
do tipo CD-ROM: 120 a 300 ms, por exemplo, fitas
magnéticas - ordem de segundos.

Capacidade - varia bastante dependendo do tipo de
dispositivo utilizado. Exemplos: Discos rígidos - 50 GB,
CD-ROM - 650 MB, fitas magnéticas (a capacidade
depende do comprimento da fita e da densidade de
gravação).
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Organização Básica de
Computadores
Memória Secundária - Parâmetros




DSC/CCT/UFCG
Volatilidade - não voláteis.
Tecnologia - este parâmetro possui uma variedade
imensa de tipos, visto que, para cada dispositivo
entre os já mencionados (discos rígidos, disquetes,
fitas, CD-ROM, CD R/W, DVD, etc.), há diferentes
tecnologias de fabricação.
Temporariedade - armazenamento com caráter
permanente ou, pelo menos, de longo período de
armazenamento.
Custo - bastante variado.
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