Organização e Arquitetura de Computadores

Organização e Arquitetura de
Computadores
Hugo Barros
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Introdução
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Instruções Primitivas → L0
–
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Linguagem de máquina;
Divergência de capacidades:
–
Os pc's podem fazer x
–
As pessoas querem fazer y
–
Surge então o problema...
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Novo conjunto de instruções → L1
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Tradução/Interpretação
Introdução
●
Então porque criar uma nova linguagem ao invés de criar uma nova
máquina que entenda L1 ?
Máquina real Mn/Linguagem Ln
Máquina real M3/Linguagem L3
Máquina real M2/Linguagem L2
Máquina real M1/Linguagem L1
Conjunto
Conjuntode
deInstruções
Instruções
dirigido
à
pessoas.
dirigido à pessoas.
(Linguagem
(Linguagemde
deAlto
Alto
Nível)
Java,
C++
Nível) Java, C++
Dividir para conquistar ?
Níveis/ Camadas
EEoocusto
custocontinua
continuaoomesmo
mesmo??
Máquina real M0/Linguagem L0
Linguagem
Linguagemde
demáquina
máquina
Histórico
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ENIAC -1945
–
18 mil válvulas
–
1500 relés
–
Mais de 30 toneladas
–
140 quilowatts
Histórico
Histórico
●
Edvac - 1949
–
6.000 válvulas
–
1000 relés
–
8 toneladas
–
56 quilowatts
Histórico
Histórico
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Surgem os transistores 1955
–
TX0
–
TX1
–
...
–
TXn
Histórico
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Circuitos integrados 1965
–
IBM 360
Histórico
●
Integração em grande escala
–
Milhões de transistores em um chip
–
Surge a interface com o usuário
Histórico
●
Máquinas atuais:
–
PC's
–
Servidores
–
Mainframes
Processadores
Processadores
●
Funções:
–
Executar programas armazenados na
memória;
–
Busca, examina e executa instruções do
programa;
–
Controla registradores;
Processadores
Componentes de um processador
●
●
Barramento:
–
Liga os componentes do computador;
–
Conjunto de fios paralelos que permite a
transmissão de dados, endereços, sinais de
controle e instruções;
–
Podem ser internos e externos ao processador;
Unidade de Controle:
–
●
Busca e define cada instrução;
Unidade Aritmética Lógica:
–
Realiza operações necessárias a execução das
instruções;
Componentes de um processador
●
Registradores:
–
Memória pequena de alta velocidade;
–
Em geral do mesmo tamanho;
–
É neles que ficam o PC(Program Counter):
armazena o endereço para a próxima
instrução;
–
IR(Registrador de Instruções) : armazena a
instrução que está sendo executada no
momento;
Organização do processador
Caminho de Dados
●
●
Geralmente composto de 1 a 32 registradores;
Dois registradores armazenam as duas entradas (A e B) da
UAL;
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A saída da UAL é conectada a 1 dos registradores
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2 Tipos de instruções:
–
Registrador – memória: que permite que uma palavra de memória
seja armazenada no registrador;
–
Registrador – registrador: instrução que opera 2 registradores e
coloca o resultado em outro registrador(ciclo de dados);
–
Importante: “A velocidade do caminho de
dados determina a velocidade de um
computador”;
Execução de Instruções
Ciclo de Busca – Decodificação - Execução de uma instrução:
1) Busca próxima instrução na memória de armazena no IR;
2) Atualiza o Contador de Instrução (PC) para apontar para a próxima
instrução;
3) Determina o tipo de instrução armazenada no IR;
4) Determina o endereço dos dados na memória;
5) Busca dados na memória, caso for preciso dados adicionais
armazena-os em outros registradores;
6) Executa a instrução;
7) Volta ao passo 1;
Problema 1
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Como construir computadores de baixo custo capaz
de executar todas as instruções complexas de
máquinas de alta performace, muito mais caras ?
–
Implementação em hardware puro;(usado
em computadores mais caros)
–
Implementação
via
interpretador
de
instruções por software;
(mais baratos)
Problema 1
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Vantagens do interpretador em relação ao hardware:
–
Possibilidade de corrigir erros na implementação de
instruções;
–
Oportunidade de incorporar novas instruções nas
máquinas já existentes;
–
Projeto estruturado que permite o desenvolvimento,
teste e documentação de instruções complexas de
forma eficiente;
–
Armazenamento das microinstruções do interpretador
em memórias read-only(ROM), chamadas de
memórias de controle, muito mais rápidas do que
as memórias tradicionais;
Importante
“O Uso da interpretação permitiu a criação de um conjunto
grande de instruções e que eram difíceis e caras para serem
implementadas diretamente por hardware”. (circuitos muito
complexos).
Próxima aula...
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RISC X CISC