Arquitetura von Neumann Na Aula Anterior Nesta Aula O Modelo
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GBC036–Arq. e Org. de Computadores I 16/08/2016 Na Aula Anterior ... Arquitetura von Neumann • Histórico da evolução dos computadores: – 1ª Geração – 2ª Geração – 3ª Geração – 4ª Geração • Tendências atuais ... Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação Prof. Dr. rer. nat. Daniel D. Abdala 2 Nesta Aula • • • • • O Modelo von Neumann O modelo básico da Arquitetura von Neumann; Programa armazenado em memória; O Gargalo de von Neumann; Abstrações; Introdução a Organização de Barramentos. Memória CPU Entrada e Saída 3 4 Sinais dos Módulos de um Sistema Computacional O Modelo von Neumann Leitura Memória ULA Unidade Lógica e Aritmética Escrita Endereço Unidade de Entrada Memória Dados Dados Instruções UC Unidade de Controle UCP - Unidade Central de Processamento Dados Leitura Unidade de Saída Escrita Endereço Dados Internos Dados Externos Periféricos 5 Módulo de Entrada e Saída Dados Internos Sinais de Interrupção Endereço CPU Sinais de Controle Dados Dados Externos Sinais de Interrupção 6 1 16/08/2016 Programa Armazenado em Memória Realização em Sistemas Computacionais • Ideia fundamental introduzida por von Neumann; • A memória contém tanto os dados a serem processados quanto as instruções que ditam ao processador como os dados devem ser processados; Ciclo Básico de Execução de Instruções Busca Decod. Executa 7 8 O “Gargalo” de von Neumann Abstração de Computadores • Também chamada “barreira da memória”; • O ciclo básico de execução é diretamente dependente da velocidade de acesso da memória; • Busca de dados atrasa ainda mais; Memória • CPU starvation → não há instruções a serem Prog. 1 executadas; Dados 1 • Temp. Acc. Mem. >> Ciclo Proc.; Intruções • Como mitigar o problema? Prog. 2 • O Computador é uma máquina complexa; • Impossível de lidar com toda a complexidade de uma só vez. Muita informação; • Solução: Abstrair níveis de complexidade. – Mem. Cache; – Arq. Harvard de Mem.; – ••• Aplicação Algoritmos Linguagens de Programação SOs/Máquinas Virtuais Sistemas Computacionais Instruction Set Architecture Microarchitecture Dados Dados 2 Register Transfer Level Portas Lógicas ••• Circuitos Elétricos Componentes Elétricos 9 Mundo Físico 10 Uma visão geral de um processador A Arquitetura “von Neumann” Uma Pilha de Abstrações • O processador pode ser percebido de diversas formas; • Em geral “abstraimos” detalhes e nos concentramos na parte funcional específica que estamos interessados; 11 12 2 16/08/2016 Abstração do Processador Exemplos 13 Data path 14 Processadores – Pipelining 15 Processadores Superescalares 16 Hierarquia de Memórias Regs. Cache Memória RAM Disco Magnético FlashDrives, CDs, DVDs, Fitas Magnéticas, etc. 17 18 3 16/08/2016 Abstração ISA Abstração – Linguagem de Montagem • Instruções; • Tipos de dados; • Interrupções; 19 Abstração de Microarquitetura 20 Abstração do Nível Lógico Digital • Implementa a ISA – Instruction Set Architecture 21 22 Abstração do Nível Elétrico 23 4
