Memória - IME-USP

Organização de um Computador
Adão de Melo Neto
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INTRODUÇÃO
Q
PROGRAMA
– É um conjunto de instruções
Q
LINGUAGEM BINÁRIA
– Os caracteres inteligíveis não são A, B, +, 0, etc., mas apenas zero(0) e
um (1).
– Linguagem de comunicação dos computadores.
– Chamada de linguagem de máquina
– De difícil manipulação
Q
EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES (segundo elementos de sua
organização)
– válvulas, transistores, circuito integrado, pastilhas de alta e muito alta
integração.
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Modelo de Von Newman
Q
CONCEITO DE MEMÓRIA:
– dispositivo de armazenamento temporário, para onde programas (e dados)
diferentes poderiam 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.
– Garantiu a flexibilidade do computador (funcionamento alterado de acordo com
programa e dado carregado
Q
NUMERAÇÃO BINÁRIA
– economia no tempo gasto nas operações e simplicidade dos circuitos
Q
RELÓGIO DO COMPUTADOR
– Produz um sinal elétrico periódico para cadenciar todas as operações do
computador .
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Modelo Barramento de Sistema
Q
Q
Evolução do Modelo de Von Newman
Processador = unidade de controle + unidade lógica aritmética
Q
Memória (mantêm);
Barramento (novo elemento): barramento de dados endereço ou de controle
Q
Barramento de Endereços
Q
– Transporta os sinais de endereço através de fios ou trilhas até a memória.
– Determinam qual a posição de memória que irá ser lida ou escrita.
– A informação dessa posição de memória, que está sendo lida ou escrita transita pelo
barramento de dados, que é bidirecional.
– Apesar do nome, tanto instruções como os dados propriamente ditos circulam por
esse barramento.
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Modelo Barramento de Sistema
Q
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, para determinar
quem vai utilizar o barramento naquele momento, que pode ser tanto o
processador como a unidade de entrada/saída.
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CONCEITOS
Q
Q
Q
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 ==> em ascil 0111 0110
BYTE
– É o grupo de 8 bits
– 1KBYTE representa 210 = 1.024 bytes
– 1MBYTES representa 1.024 * 1.024 = 1.048.576 bytes
Q
PALAVRA
– É um conjunto de bits que representam uma informação útil, mas estaria associada ao
tipo de interação entre a MP (memória principal)
– Dado ou instrução
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MEDIDAS DE DESEMPENHO
Q
Q
Q
Q
MIPS
– Desempenho do processador
– milhões de instruções por segundo
TEMPO DE ACESSO
– Está relacionada à velocidade de cada componente (CPU e memória) e à do
canal de interligação entre os dois (CPU e memória).
TEMPO DE RESPOSTA
– Período de tempo gasto entre o instante em que o usuário iniciou uma
solicitação ou interrogação e o instante em que o sistema apresentou ao
usuário a sua resposta .
VAZÃO (THROUGHPUT)
– Quantidade de ações ou transações que podem ser realizadas por um
sistema na unidade de tempo.
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Unidade Central de Processamento
Função de Processamento
8
Ciclo de Busca e Execução de Instrução
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Função Processamento da CPU
Em amarelo
função de processamento
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REGISTRADORES
Q
Q
Q
A CPU é fabricada com certa quantidade de registradores, destinados
ao armazenamento de dados. Serve de memória auxiliar da ULA.
Registrador Acumulador – ACC:
– além de armazenar dados, serve de elemento de ligação da ULA
com os restantes dispositivos da CPU.
Em geral, os registradores de dados da CPU têm uma largura
(quantidade de bits que podem armazenar) igual à da palavra.
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Influência do Tamanho da Palavra
12
Influência do Tamanho da Palavra
13
Unidade Central de Processamento
Função de Controle
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Função de Controle da CPU
Em azul
função de CONTROLE
15
Função de Controle
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Função de Controle
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Decodificador de Instrução
18
Memória
19
Hierarquia de Memória
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Memória (conceitos)
Q
MEMÓRIA DE SEMICONDUTORES
– Fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores.
– São rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos.
– Registradores e memória principal são exemplos
–
Q
Volátil
MEMÓRIA DE MEIO MAGNÉTICO
– Disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas
– Armazenam informações sob a forma de campos magnéticos.
– Não volátil
Q
Q
MEMÓRIA VOLÁTIL
– É aquela que perde a informação armazenada quando a energia elétrica
desaparece
TEMPO DE ACESSO
– 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
efetivamente transferida.
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Hierarquia de Memória
Q
Q
Q
Q
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.
– 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
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– Memória de meio magnético
MEMÓRIA PRINCIPAL
Q
Q
Células contendo M bits
Endereços
–
–
–
–
Q
MP com endereços de 0 a (N-1)
N = 2x logo
x = log2 N
sendo x = nº de bits para representar um endereço e N o número de endereços.
Palavra = dado ou uma instrução armazenada em uma ou mais células
Exemplo
MP com
N=1024 endereços
x= log2 1024
x= 10 bits para representar os N
endereços considerando
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MEMÓRIA PRINCIPAL
Q
Células contendo M bits
N endereços
Q
T = capacidade da memória em bits = N. M
Q
– N = nº de endereços (como vimos anteriormente, N=2x sendo x = nº de bits do
endereço)
– M = nº de bits de cada célula
Exemplo
MP com
N=1024 endereços e com cada
célula contendo M = 8 bits
T = 1024 x 8 = 8192 bits
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MEMÓRIA PRINCIPAL
Q
OPERAÇÃO DE LEITURA
– Unidade de controle – UC da CPU: transfere o endereço 1324, de um de seus
registradores específicos para a REM
– Unidade de controle – UC 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 e transfere seu conteúdo para o RDM através do
barramento de dados.
– Do RDM, então, a informação é transferida para o elemento da CPU destinatário final.
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RAM e ROM
Q
Q
Q
Q
Q
RAM
– RAM - Random Access Memory
– Memória de acesso aleatório
– Voláteis
ROM
– Read Only Memory
– Memória de acesso aleatório de somente para leitura.
– Não voláteis.
PROM
– Programmable Read Only Memory ou memória apenas de leitura,
programável. Esta memória é uma ROM programável (em condições e com
máquinas adequadas, chamadas queimadores de PROM) .
EPROM
– Erasable Programmable Read Only Memory ou memória apenas de leitura,
programável (com queimadores de PROM) e apagável (com máquinas
adequadas, à base de raios ultra-violeta)
EEPROM
– Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ou memória apenas
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de leitura, programável e eletronicamente alterável. .