Elementos Físicos do SC e a Classificação de Arquiteturas

Elementos Físicos do SC e a
Classificação de Arquiteturas
IFBA – Instituto Federal de Educ. Ciencia e Tec Bahia
Curso de Analise e Desenvolvimento de Sistemas
Arquitetura de Computadores – 9 e 10/40
Prof. Msc. Antonio Carlos Souza
Referências Bibliográficas:
1.
2.
3.
Ciência da Computação: Uma visão abrangente - J.Glenn
Brokshear
Introdução à organização de computadores – Mário
Monteiro – LTC
Organização Estrutura de Computadores – Andrew S.
Tanembaum - LTC
Elementos Físicos do Sistema
Computacional
Arquitetura Típica de um computador
Classificação de arquiteturas
¡
Máquina Von Neumann
l
l
l
l
l
¡
CPU + Memória + I/O
CPU = ULA + UC + Reg
Programa Armazenado
Execução Seqüencial das Instruções
Existência de Caminho Único entre
memória e UC
Máquina Não-von Neuman
Classificação de arquiteturas
¡
Máquina Não-von Neuman
l
l
l
Paralelas – várias CPU
Fluxo de Dados
Redes Neurais Artificias
¡
l
Trabalha com modelo a partir de
respostas a estímulos de entrada
Processadores Sistólicos
Funcionamento Interno
¡
¡
¡
A CPU processa somente o conteúdo da
RAM.
A comunicação com os periféricos é feita
entre CPU/MP e Controladoras (IDE,
SCSI, Placas de video, Placa de Rede e
Fax)
As controladoras (interface E/S)
armazena os bits e envia no momento
propício realizando interrupções.
Execução de um programa
¡
¡
¡
Codificar o algoritmo em uma
linguagem de programação
Introduzir o programa no hardware
Decodificar essas instruções em
linguagem de máquina, pois o
processador só executa instruções
simples (instruções de máquina).
Processador
¡ Constituída
de milhões de
minúsculos circuitos e
componentes eletrônicos
¡ Encapsulados em um chip
¡ Intel Pentium, AMD k7,
Power PC
Processador
Função básica ler e interpretar
instruções de máquina e realizar
as operações matemáticas (ou
outras)
Controla quando e o que deve ser
realizado pelos outros
componentes, emitindo para isso
sinais apropriados de controle
Memória
¡
¡
As instruções e os dados devem ser
armazenados na própria máquina
para um a um, serem localizados
entendidos e executados pela CPU.
O componente do sistema de
computação responsável pelo
armazenamento das instruções
introduzidas é a Memória.
RAM DDR
Saída
¡
¡
Os resultados podem ser
apresentados a um usuário
interessado em uma forma decimal
Apresentados no(a):
l
l
l
monitor,
impressora
ou gravados nas memórias auxiliares
Conceitos para o funcionamento do
computador – von Neumann
-
-
-
Dados e instruções são
armazenados em um tipo de
memória que escreve e recupera
O conteúdo da memória é
endereçada conforme a sua posição,
independente do tipo nele contido
Operação com números binários
A execução das instruções ocorre de
forma sequencial
Programa versus Dados
¡
¡
¡
¡
Os dados e programas são codificados
com 0s e 1s
A escolha do programa a ser inicializado
ao ligar o computador pode ser
facilmente fixado no contador de
instruções.
Mas, se o computador perde o endereço
pode executar dados como instruções.
Assim, um programa pode manipular
outros como a si mesmo.
Processador
CPU
Partes
ULA – Unidade Lógica Aritmética
UC – Unidade de Controle
Registradores (RDM, REM)
Memória Cache
Relógio
Tem vias (conjunto de fios interconectados)
com a memória principal
ULA
¡
¡
¡
¡
¡
Executa operações matemáticas
Soma, Multiplicação, Subtração e
Divisão
AND, OR, XOR,
Deslocamento a direita, esquerda
Incremento, decremento
UC – Unidade de Controle
¡
¡
¡
Mais complexo da CPU
Realiza movimentações de dados e
instruções de e para a CPU
Usa sinais de controle, que emite
instantes de tempo programados,
determinada pelo Clock (Relógio) da
máquina
RDM - Registrador de Dados da
Memória
¡
¡
¡
armazena temporariamente a
informação (conteúdo de uma ou
mais células)
entre CPU e MP.
Armazena mesma quantidade de
bits
REM- Registrador de Endereços da
Memória
¡
¡
¡
Armazena temporariamente o
endereço de acesso a uma posição
de memória.
Encaminhado à área de controle da
MP para decodificação e localização
da célula desejada.
Permite armazenar a mesma
quantidade de bits que do
barramento de endereços
Programa Armazenado
Programas, assim como os dados,
poderia ser codificado e
armazenado na memória
principal.
¡ Para tanto, a unidade de controle
deve ser projetada com
capacidade de extrair o programa
da memória, decodificar e
executar suas instruções
¡
Programa Armazenado
O programa do computador
poderia ser modificado alterandose o conteúdo da memória.
¡ O computador precisa reconhecer
certos padrões de bits como
instruções.
¡
Linguagem de Máquina
E
Instruções
Linguagem de máquina
¡
¡
¡
Um padrão de bits pode definir o
conjunto de instruções que aliado
ao sistema de codificação adotado,
constitui a linguagem de máquina.
A linguagem define os meios pelos
quais um programador comunica ao
computador os algoritmos que
deseja executar.
STORE, ADD, ROTATE
Instrução de Máquina
Duas partes
¡ Código
de operação
( 4 bits)
¡ Código
do operando
( 12 bits)
Código de Operação
¡
Cada instrução é codificada em um
total de bits e representados por
um conjunto de hexadecimais.
l
l
Ex.: 4 bits pode representar 16 códigos
de operação q é um dígito hexadecimal
LOAD pode ser representada como
0001 em hexa = 1, que armazena o
padrão de bits encontrado no
registrador R na posição de endereço
X.
Operandos
¡
¡
¡
O registrador e as posições de memória
são informados com os bits de operandos.
No caso de 16 bits para instrução e 4
para operação, restam 12 para
operandos.
A instrução 1547 em hexa – pode
representar – comando 1 = LOAD ou seja
carregue no registrador 5 o conteúdo da
posição de memória de endereço 47.
Classificação de Operações
Transferência de
Dados
¡ Instruções Aritméticas
e Lógicas
¡ Controle
¡
Exemplo de Programa
156C
¡ 166D
¡ 5056
¡ 306E
¡ C000
¡
Execução de Programas
Um programa armazenado na memória é
copiado para o registrador de instrução
conforme ação da unidade de controle.
Na unidade de controle, a instrução é
decodificada pelo decodificador de
instrução e executada.
A ordem em que as instruções são
executadas é a mesma ordem de
armazenamento, exceto se especificado
uma instrução JUMP.
UC
¡
¡
Contador de Instruções
l Contém o endereço da próxima
instrução a ser executada
Registrador de Instruções
l Mantém cópia da instrução que
estiver sendo executada em cada
momento.
Ciclo de Máquina
¡
Contém três fases:
l Busca
¡ A UC solicita a MP a próxima instrução a ser
executada.
¡ A UC dispõe da informação de onde a próxima
instrução se encontra na memória, pois tal
endereço é mantido no contador de instrução.
¡ A UC guarda, no registrador de instruções, a
instrução lida da MP, e incrementa o contador
de instruções, para ter o endereço da próxima
instrução
l Decodificação
l Execução
Decodificação
¡
¡
Campo do Operando é analisado pelo
decodificador de instrução
Verifica se precisa operandos
l
¡
¡
STOP – não precisa
Verificar com os 12 bits(exemplo) quais
são os operandos (registradores e
memória)
Depois passa a executar, ativando o
circuito necessário para a realização da
tarefa.
Passos do Ciclo de Instrução
¡
¡
¡
¡
¡
¡
REM = CI
A memória decodifica o endereço
REM
Transfere o conteúdo para o RDM
RI = RDM
CI = CI + 1
A UC solicita ao RI que envie os 4 bits
para o decodificador de instrução
Exemplo de um Programa
Endereço
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
Conteúdo
15
6C
16
6D
50
56
30
6E
C0
00
Memória
Comparativo
Tipos de Memória
¡
¡
¡
¡
Registradores
Cache L1
Cache L2(interno e externo)
MP (RAM)
l
¡
ROM
l
¡
¡
¡
SRAM (Static) ou DRAM (Dinâmica – SIMM ou DIMM
ou RIMM)
ROM, PROM, EPROM, EEPROM
CMOS
VRAM (Placa de Video)
Armazenamento de Massa ou MS(Secundária)
Memória Principal (RAM)
¡ Organizados
em Células (ou
palavras ou posições de
memória) e identificadas por
um endereço
¡ Em geral, uma célula tem 1
byte
¡ Permissões de write e read
Memória RAM
¡
¡
¡
¡
¡
Unidade de Transferência entre CPU
e MP – considerar de uma palavra
São de semicondutores
São memórias de acesso aleatório –
Random Access Memory
Ocupam pouco espaço
Possuem tempo de acesso pequeno
Unidades de Medida
Como a informação é armazenada
¡
São utilizados múltiplos de byte:
l
l
Para quantificar a memória principal do
equipamento
Para medir a capacidade de
armazenamento
Múltiplos do Byte
¡
¡
¡
¡
¡
¡
¡
1KB = 1024 bytes
1MB = 1024 Kbytes
1GB = 1024 Mbytes
1TB = 1024 Gbytes
1 diskete = 1.44 Mbytes
1 CDROM +- 700 Mbytes
1 HD pode ser de 120 Gbytes
Palavra da CPU
Quantidade de bits que a cpu
processa por vez
¡ Palavra de 16 bits = 2 bytes de
processamento por vez
¡ Palavra de 32 bits = 4 bytes
¡ Palavra de 128 bits
¡
Desempenho dos processadores
¡
¡
¡
¡
Medida em termos da velocidade de
trabalho
Execução de instruções por
intervalo de tempo
MIPS (milhões de instruções por
segundo)
MFLOPS (milhões de operações de
ponto flutuante por segundo)
Cache
Esquema Básico