Arquitetura de Computadores
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
(ligados uns aos outros)
– 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
CPU
BARRAMENTO
MEMÓRIA
PRINCIPAL
Arquitetura von Neumann
CPU
BARRAMENTO
MEMÓRIA
PRINCIPAL
Arquitetura von Neumann
CPU
BARRAMENTO
UUNIDADE
DE E/S
MEMÓRIA
PRINCIPAL
Arquitetura von Neumann
BARRAMENTO
CPU
(a)
UUNIDADE
DE E/S
MEMÓRIA
PRINCIPAL
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, examinandoas, 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
CPU
• Unidade Central de Processamento - UCP
• A CPU é o “cérebro” do computador
• Executa programas armazenados na memória
principal, buscando as instruções, examinandoas, 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
Componentes da CPU
UNIDADE
DE
REGISTRADORES
A
B
C
D
PC
IR
CONTROLE
UNIDADE
LÓGICA E
ARITMÉTICA
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.
Execução de Instruções
1. Busca a próxima instrução da memória para o registrador de
instrução (IR)
2. Atualiza o contador de programa (PC) para que ele aponte para a
instrução seguinte
3. Determina o tipo da instrução
4. Se a instrução usa dados na memória, determina onde eles estão
5. Busca os dados, se houver algum, para os registradores internos
da CPU
6. Executa a instrução
7. Armazena os resultados em locais apropriados
8. 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