UFOP – ICEB – DECOM Prof. Marcelo Luiz Silva Red - ICEB-UFOP

Introdução à Programação
COM 100
Notas de Aula 03
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Memória Principal
manipulação de dados.
 utiliza-se strings de bits para
representação da informação.
 a memória é usualmente dividida
em unidades de tamanho uniforme,
as quais contém a seqüência de
bits.

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Memória Principal
Palavra de Memória: é uma
seqüência de bits tratada como
uma unidade de informação.
 uma unidade de memória é
denotada por um único número,
chamado endereço da memória.
 a memória é uma coleção, de
comprimento padrão, de palavras
que podem ser endereçadas.

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Memória Principal
a maioria dos processadores
atuais utilizam uma palavra de
memória cujo tamanho é um byte (8
bits)
 isto significa que o padrão para
processar e transferir dados, é
baseado em 8 bits.
 Como trabalhar com palavras
maiores ?

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Memória Principal
n-1
n-2
n-3

n
endereços

3
2
1
0
m bits
Palavra de Memória
m-1 m-2
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
2
1
0
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Memória Principal
por razões técnicas, a memória é
fabricada, atualmente, para conter
quantidades de bytes medidos em
potências de 2.
 2^10 bytes = 1024 bytes = 1
kilobyte = 1 K = KB.
 milhares de kilobytes  1
MEGABYTE (1 bilhão de bytes) =
1G = 1Gibabyte

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Memória Principal
milhares de gibabytes  (1 trilhão
de bytes) = 1 TERABYTE.

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Tipos mais Importantes
RAM – Ramdom Access Memory.
Permite o acesso a qualquer
unidade (célula de memória).
 ROM – Read Only Memory –
Memória Somente para a leitura.
 leitura da memória = consultar um
conteúdo.
 escrita na memória = armazenar
um conteúdo.

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Tipos mais Importantes
a escrita é uma operação que
apaga o conteúdo anteriormente
armazenado na memória.
 RAM – é uma memória volátil,
pois requer-se uma quantidade de
energia para manter os dados
armazenados.
 também são denominadas DRAM
– Dynamic RAM.

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Tipos mais Importantes
SIMM – single in-line memory.
 DIMM – dual in-line memory.
 quando se desliga o computador,
os dados são perdidos (volátil). Por
esta razão, é importante ter um
dispositivo de memória secundária
para copiar os dados e programas
(BACKUP).

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Memórias
a memória principal é projetada
para prover para o processador, o
acesso aos dados e aos programas.
 busca-se no projeto o acesso
mais rápido possível.

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Fatores que Determinam a Velocidade de
Transferência – memória  CPU
1) O dispositivo de memória (chip)
possui uma taxa de transferência
de dados.
As DRAM típicas: 80
nanosegundos = 80 * 10^-9 s = 80
bilionésimos de segundo.
Isto significa que seu tempo de
resposta pode ser tão rápido
quando 80 * 10^-9
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Fatores que Determinam a Velocidade de
Transferência – memória  CPU
Aqui o tempo de resposta
significa: o atraso entre o
recebimento de um endereço para a
memória e enviar o dado de volta a
CPU; ou o atraso para o
armazenamento de um dado novo
na memória.
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Fatores que Determinam a Velocidade de
Transferência – memória  CPU
2) A velocidade total do sistema de
computação, ou seja, as
transferências de memória são
sincronizadas à velocidade de
operação da CPU.
Por exemplo, um chip de memória
rápida fica sub-utilizado em um
sistema cuja velocidade não o
suporta, e vice-versa.
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Fatores que Determinam a Velocidade de
Transferência – memória  CPU
3) A largura do BUS, ou a
quantidade de dados que podem
ser transferidas entre a CPU e a
memória de uma só vez.
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ROM
a ROM também é de acesso
aleatório, mas:
 não permite operações de escrita;
 não é volátil;
 usualmente armazena instruções
patenteadas, que o fabricante as
escreve, para funções básicas do
sistema (inicializar o PC, E/S, etc.).

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Mais Detalhes da CPU
Registradores: unidades de
memória que auxiliam a CPU na
execução dos cálculos.
 MAR: Memory Address Register
 MDR: Memory Data Register
 PC: Programa Counter
 IR: Instruction Register
 GR: General Registers

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Diagrama Funcional de uma CPU
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O Ciclo Instrução-Execução
1) Busca da Instrução. O ciclo
anterior deixou o endereço da
próxima instrução, a ser executada,
armazenada no registrador PC. A
unidade de controle sinaliza para
que uma cópia do endereço seja
enviada para o MAR, através do
BUS da CPU.
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O Ciclo Instrução-Execução
2) O valor do endereço no PC é
então incrementado, para denotar a
locação da memória principal que
contém a próxima instrução. Isto é
a preparação para o próximo ciclo.
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O Ciclo Instrução-Execução
3) A instrução, cujo endereço está
armazenado no MAR, é agora
copiada no MDR, através do BUS. O
MDR serve como armazenamento
temporário para tais transferências
a partir da RAM.
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O Ciclo Instrução-Execução
4) Decodificação da Instrução. A
instrução é copiada do MDR para o
IR, através do BUS da CPU. No IR a
instrução é decodificada. O IR
possui circuitos especiais que
quebram a instrução em
componentes com significados.
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O Ciclo Instrução-Execução
5) Executando a Instrução. Após a
decodificação da instrução, no IR, a
unidade de controle envia sinais
apropriados para iniciar a
execução. Esta execução é
usualmente realizada na ALU, a
qual também pode empregar um ou
mais registradores gerais (GR).
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O Ciclo Instrução-Execução
6) Uma vez completada a execução
da instrução, a CPU retorna ao
passo 1 e repete todo o processo.
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O Sistema de Clock
todo o ciclo instrução-execução é
gerenciado pelo ritmo do sistema
de clock.
 cada estágio tomo um certo
número de ciclos de clock, e o
sistema utiliza seu ciclo de clock
para assegurar que todos o seus
componentes estão seqüenciados
corretamente.

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O Sistema de Clock
clock: medido em megahertz
(MHz).
 uma instrução de máquina pode
tomar vários ciclos de clockj para
se completar.
 um processador pode executar
em média, milhões de instruções
por segundo.

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Linguagem de Máquina ou
Conjunto de Instruções
Conjunto de Instruções: é o
conjunto de operações embutidas
de um modelo particular de
computador ou máquina.
 Linguagem de Máquina: um
conjunto particular de códigos que
implementam todas as operações
contidas no conjunto de instruções.

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Linguagem de Máquina ou
Conjunto de Instruções
Linguagem de Máquina: é
específica para um processador.
 um programa escrito para um
processador, não pode ser
executado por outro processador, a
não ser que o programa seja
traduzido para a linguagem de
máquina do novo processador.

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Operações Típicas de um Processador
Operações de Movimentação de
Dados.
 transferir dados da memória para
a CPU (e vice-versa).
 transferências da memória para a
memória.
 executar as operações de entrada
e saída.

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Operações Típicas de um Processador
Operações Lógicas e Aritméticas.
 adição, subtração, multiplicação e
divisão numérica.
 comparação de quantidades: >, <,
=, , , , etc.
 operações em bits: shift, rotate,
comparações, conversões, etc.

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Operações Típicas de um Processador
Operações para Controle de
Programas.
 iniciar a execução do programa.
 parar a execução do programa.
 pular automaticamente para
outras instruções do programa.
 testar um item de dado para
decidir para qual instrução fazer o
desvio.UFOP – ICEB – DECOM Prof. Marcelo Luiz Silva Red

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Conclusões
Os computadores trabalham com
instruções simples e elementares.
 estas instruções são
implementadas em circuitos
eletrônicos, para executarem de
forma rápida e precisa.

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Conclusões
uma
instrução de alto nível,
freqüentemente é decomposta em
milhares, ou milhões, de instruções
de máquina (baixo nível) para ser
posteriormente executada.
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Exercícios
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Descreva a principal contribuição de John von Neumann para o
desenvolvimento dos computadores modernos.
Identifique e explique as características do modelo de arquitetura
de von Neumann.
Por que o conceito de programa armazenado é importante para a
computação de propósito geral ?
Descreva o ciclo de von Neumann – Instrução-Execução.
Defina e explique a utilização da CPU, ALU, unidade de controle,
BUS, RAM, ROM, memória principal e memória secundária.
Descreva a estrutura geral da memória principal.
Qual a função do sistema de clock ?
O que é uma Linguagem de Máquina ?
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