COMPUTADOR
Adão de Melo Neto
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INTRODUÇÃO
PROGRAMA
– É um conjunto de instruções
LINGUAGEM BINÁRIA
– Os caracteres inteligíveis não são A, B, +, 0, etc., mas apenas
zero(0) e um (1).
– É uma linguagem de comunicação dos computadores.
– É denominada linguagem de máquina
– É de difícil manipulação
EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES (segundo elementos de sua
organização)
– válvulas, transistores, circuito integrado, pastilhas (chips) de alta
e muito alta integração.
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Modelo de Von Newman
INTRODUZIU O CONCEITO DE MEMÓRIA:
– É um dispositivo de armazenamento temporário onde programas
(e dados) podem ser carregados a partir de uma unidade de
entrada, para serem executados pela unidade aritmética e
lógica, com os resultados sendo transferidos da memória para
uma unidade de saída, tudo isso sob a coordenação de uma
unidade de controle.
– Ela garantiu a flexibilidade (o computador tem seu funcionamento
alterado de acordo com programa e dado carregado)
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Modelo de Von Newman
Propôs a NUMERAÇÃO BINÁRIA
– Economiza tempo nas operações
– Garante a simplicidade dos circuitos
Propôs o conceito RELÓGIO DO COMPUTADOR
– Dispositivo que produz um sinal elétrico periódico para
cadenciar todas as operações do computador .
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Modelo Barramento de Sistema
É uma evolução do Modelo de Von Newman
Processador = UCP = unidade de controle + unidade lógica
aritmética
Memória;
Barramento (novo elemento):
– barramento de dados,
– barramento de endereço e
– barramento de controle
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Modelo Barramento de Sistema
Barramento de Endereços
– Transporta os sinais de endereço até a memória.
– Determinam qual a posição de memória que irá ser lida ou escrita.
– Observação:
• A informação dessa posição de memória, que está sendo lida ou
escrita transita pelo barramento de dados, que é bidirecional.
unidirecional
bidirecional
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Modelo Barramento de Sistema
Barramento de Controle
– Indica qual a operação que vai ser realizada:
• leitura ou escrita, na maior parte dos casos
– Possui também sinais para
• A arbitragem do barramento a ser utilizado e
• Para determinar quem vai utilizar o barramento naquele momento, que pode
ser tanto a UCP como a unidade de entrada/saída.
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Modelo Barramento de Sistema
CONCEITOS
BIT
– É a menor unidade de informação armazenáveis
em um
computador. É a contração das palavras inglesas Binary Digit. O
bit pode ter, então, somente dois valores: 0 e 1.
CARACTERE
– É o menor grupo de bits representando uma informação útil e
inteligível para o ser humano.
– Letra “v” ==> 0111 0110
BYTE
– É o grupo de 8 bits
– 1KB representa 210 = 1.024 bytes
– 1MB representa 1.024 * 1.024 = 210 *210 = 1.048.576 bytes
– Quantos bytes existem em 5 MB ?
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MEMÓRIA
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Hierarquia de Memória
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Memória (conceitos)
MEMÓRIA VOLÁTIL
– É aquela que perde a informação armazenada quando a energia elétrica
desaparece
MEMÓRIA DE SEMICONDUTORES
– Fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores.. Note
que estas memórias são construídas com Flip-flops (que por sua vez são
construídas com portas lógicas, que por sua vez são implementadas com que
componentes eletrônicos semicondutores como o diodo e o transistor). Ver
também a aula sobre circuito integrado.
– São rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos.
– Registradores e memória principal são exemplos
– Volátil
MEMÓRIA DE MEIO MAGNÉTICO
– Disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas
– Armazenam informações sob a forma de campos magnéticos.
– Não volátil
TEMPO DE ACESSO (inverso da velocidade)
– É o período de tempo gasto desde o instante em que foi iniciada a operação de
acesso até que a informação requerida (instrução ou dado) tenha sido
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efetivamente transferida.
Memória (conceitos)
Podemos classificar as memórias de semicondutores conforme abaixo
discriminado.
Como vermos as memórias ROM são também memórias de acesso
aleatório. O mercado incorreu em um erro ao denominar as de
memórias RAM somente as R/W.
Memória de Acesso aleatório: memória cujas posições de memória
podem ser acessadas aleatoriamente
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Hierarquia de Memória
REGISTRADOR
– São dispositivos de armazenamento temporário, localizados na CPU,
extremamente rápidos, com capacidade para apenas um dado (uma palavra).
– Memória de semicondutores
MEMÓRIA CACHE
– Pequena porção de memória cache, localizada entre a CPU e a MP, e que
funciona como um espelho de parte da MP. Objetiva aumentar a velocidade de
acesso aos dados da MP por parte da UCP.
– Mais rápida que a memória principal, mas mais cara
– Memória de semicondutores
MEMÓRIA PRINCIPAL
– Onde os programas e dados devem estar armazenados para execução pelo
processador
– Voláteis
– Memória de semicondutores
MEMÓRIA SECUNDÁRIA
– Resolve o problema do armazenamento em grandes quantidades
– Não voláteis
– Memória de meio magnético
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MEMÓRIA PRINCIPAL
Caminho percorrido pelo
dados até o processador
A memória cache visa
aumentar a velocidade de
acesso as dados
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Memória tipo RAM e ROM
RAM
– RAM - Random Access Memory
– Memória de acesso aleatório
– Voláteis (perde os dados se perdem com a falta de energia)
ROM
– Todo sistema computacional utiliza uma parte do endereçamento da
memória principal com memórias do tipo ROM.
– Os microcomputadores do tipo PC, vêm de fábrica com um conjunto de
rotinas básicas do SO armazenadas em ROM, denominadas de BIOS
(Basic Input Output System)
– Read Only Memory
– Memória de acesso aleatório de somente para leitura (questão de segurança,
os VÍRUS não podem ser gravados nesta memória)
– Não voláteis.
ROMs reutilizáveis
– EPROM
– EEPROM
– MEMÓRIA FLASH
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Memórias tipo ROM
ROMs reutilizáveis
– São memórias úteis em programas de sistemas (controle de vídeo,
modens, dispositivos de E/S) pois eventualmente o fabricante necessita
criar uma nova versão.
– EPROM
• Erasable Programmable Read Only Memory ou memória apenas de
leitura, programável (escrita de bits) e apagável (com máquinas
adequadas, à base de raios ultra-violeta).
– EEPROM (ou EAROM)
• Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ou memória
apenas de leitura, programável e eletronicamente apagável. .
• A programação (escrita de bits), o apagamento da memória a
reprogramação são feitas sobre o controle da UCP, isto é por software.
– FLASH
• Processo de funcionamento bastante semelhante a da EEPROM,
embora o processo de apagamento não poder ser realizado a nível de
bytes como na EEPROM.
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MEMÓRIA PRINCIPAL
É a área de trabalho da UCP, seu grande rascunho, onde seus
programas ( e seus dados) se sucedem em execução, uns após os
outros.
Para que programas sejam executados é necessário que suas
instruções e os dados por elas manipulados estejam armazenados,
mesmo que temporariamente na MP. Eles estão normalmente
armazenados na MS (memória secundária), seja, um HD ou um CDROM.
São constítuídas por mémórias do tipo RAM e ROM
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MEMÓRIA PRINCIPAL
A capacidade de memória refere-se à quantidade de informações que
nela podem ser armazenadas, cuja unidade básica é o bit.
Exemplo: 512 bits, 16.384 bits e 8.388.608 bits
É possível simplificar através do emprego de unidades com K (kilo), M
(mega), G(giga) e T (tera).
Expressões para capacidade
de uma memória
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MEMÓRIA PRINCIPAL
Vamos supor que tenhamos em uma MP com N células contendo M bits
Os endereços vão de 0 a (N-1)
Seja x o número de bits para representar os endereços das N células.
Logo, N = 2x
x = log2 N.
A capacidade da memória é de M.N
EXEMPLO
MP com N=1024 (1K) endereços
x= log2 1024 =10
Portanto são necessários x= 10 bits para
representar os N endereços.
Supondo M=8, a memória tem uma
capacidade de 1K.8=8 K bits = 8.210 bits
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MP com mesma quantidade de células (256), porém com largura de célula
diferente
Qual é o valor de x neste caso ?
X = log2256
x=8 bits
log 2 x =y
2x = y
(log2256 = log10256/0,301)
Qual a capacidade da memória em cada caso ?
MP1 = 256 x 12 = 3072 bits
MP2 = 256 x 16 = 4096 bits
MP3 = 256 x 8 = 2048 bits
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MP com mesma largura de célula, porém com quantidade de células
diferentes
Qual é o valor de x em cada caso ?
MP1 = 16 bits
MP2 = 24 bits
MP3 = 32 bits
Qual é a capacidade da memória em cada caso ?
MP1 = 216 x 8 bits
MP2 = 224x8 bits
MP3 = 232 x 8 bits
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MEMÓRIA PRINCIPAL
N = 2K = 2 x 210
M = 16 bits
N de bits da MP (capacidade ) = N x M = 16 x 2 K = 32 K
Total
Tamanho de cada endereço
X = log2N = 11 bits
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MEMÓRIA PRINCIPAL
OPERAÇÕES COM A MEMÓRIA PRINCIPAL
– LEITURA: armazena informações na memória
– ESCRITA: recupera uma informação armazenada na memória]
Elementos que compõem a estrutura MP/UCP e que são utilizadas
nestas operações
REM (registrador de endereço de memória)
RDM (registrador de dados de memória)
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MEMÓRIA PRINCIPAL
N = 2K = 2 x 210
M = 16 bits
Tamanho do REM
X = log2N = 11 bits
Tamanho do RDM
M = 16 bits
Qual o maior endereço dessa MP = 111111111112 = 204710
Total de bits que pode ser armazenada na MP = N x M = 16 x 2 K = 32 K
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MEMÓRIA PRINCIPAL
OPERAÇÃO DE LEITURA
– Unidade de controle (UC) da UCP: transfere o endereço 1324, de um de seus
registradores específicos para o REM (registrador de endereço de memória)
– Unidade de controle (UCP) da CPU: coloca o sinal de leitura (READ) no barramento de controle para indicar aos circuitos de controle da MP o que fazer em
seguida.
– MP: decodifica o endereço recebido (1024, pelo barramento de endereços) e
transfere seu conteúdo para o RDM (através do barramento de dados).Do RDM,
então, a informação é transferida para o elemento da UCP, destinatário final.
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MEMÓRIA PRINCIPAL
OPERAÇÃO DE ESCRITA
– Unidade de controle (UC) da UCP: coloca o endereço 21C8 no REM (registrador
de endereço de memória) e o dado a ser copiado no RDM (F7).
– Unidade de controle (UCP) da CPU: coloca o sinal de escrita (WRITE) no barramento de controle para indicar aos circuitos de controle da MP o que fazer em
seguida.
– MP: como resultado da decodificação do endereço pelo dispositivo de controle da
memória, o valor F7 é copiado na célula desejada, de endereço 21C8
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR
– Vamos supor que temos uma memória com N=1024 endereços de células, com
M=8 bits cada uma.
– Nesta caso teríamos uma REM como 10 bits pois x=log2(1024). A saída do
decodificador são 1024 linhas, uma para cada célula da memória
M=8
N=1024
10 bits
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR
– Tomemos por exemplo o endereço 1210 ou 0000000011002,
armazenado no REM. Isto acarretaria uma saída 1 na 13ª linha do
decodificador, correspondente ao endereço 12 ( 13ª linha, porque o
primeiro endereço é 0). As demais linhas do decodificador seriam
iguais a 0
13a LINHA
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR
– Iremos mostrar um exemplo de uma memória principal com 12 bits de
capacidade distribuídos em N=4 células com M=3 bits cada uma (12 =
4x3)
M =3
E = 2 pois
E = log24 = 2
N =4
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR
– CÉLULA BÁSICA DE MEMÓRIA COM 01 BIT (escrevendo valor 1)
Seleção (S)
=
1
1
1
0
1
ENTRADA = 1
Habilita a
Escrita (W) do
valor de
entrada
=
1
1
SET
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR
– CÉLULA BÁSICA DE MEMÓRIA COM 01 BIT (escrevendo valor 0)
Seleção (S)
=
1
0
1
1
0
ENTRADA = 0
Habilita a
Escrita (W) do
valor de
entrada
=
1
0
RESET
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR
– CÉLULA BÁSICA DE MEMÓRIA COM 01 BIT (manter o valor atual)
SELEÇÃO = 1
Habilita a Escrita
=
0
0
1
0
0
VALOR
MANTIDO
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR (4 células com 03 bits cada)
REM constituído de dois flip-flops
para selecionar até 4 células
ENTRADA DE DADOS
Habilitação da escrita
Habilitação da leitura
Dos valores armazenados na saída
Dos flip-flops
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MEMÓRIA PRINCIPAL
MEMÓRIA DO TIPO SELEÇÃO LINEAR
Visão Expandida do Decodificador
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