Organização de Computadores Como a informação é processada?
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Curso de ADS/DTEE/IFBA Organização de Computadores Como a informação é processada? Prof. Antonio Carlos Referências Bibliográficas: 1. 2. Ciência da Computação: Uma visão abrangente - J.Glenn Brokshear Introdução à organização de computadores – Mário Monteiro - LTC www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Trilha Componentes do Sistema Comp. Sequência de boot POST MBR (Master Boot Record) Setor de Boot Sistema de Arquivos Linguagem de Máquina Desfragmentador x Verificador de Erros www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Organização Típica de um computador www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Organização do Computador A CPU processa 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 ou DMA. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Execução de um programa Codificar o algoritmo em uma linguagem de programação Decodificar essas instruções em linguagem de máquina, pois o processador só executa instruções simples (instruções de máquina). www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Processador Constituída de milhões de minúsculos circuitos e componentes eletrônicos Encapsulados em um chip Intel Pentium IV, AMD k7, Power PC www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Processador Função básica ler e interpretar instruções de máquina e realizar as operações lógicas e aritméticas. Controla quando e o que deve ser realizado pelos outros componentes, emitindo para isso sinais apropriados de controle www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Memória As instruções, junto com os dados, são armazenadas na memória RAM e buscadas, decodificadas e executadas pela CPU. O componente do sistema de computação responsável pelo armazenamento das instruções introduzidas é a Memória. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm RAM DDR www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Saída Os resultados podem ser apresentados a um usuário interessado em uma forma decimal Apresentados no(a): monitor, impressora ou gravados nas memórias auxiliares www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Processador www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm ULA Executa operações matemáticas Soma, Multiplicação, Subtração e Divisão AND, OR, XOR, Deslocamento a direita, esquerda Incremento, decremento www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Programa Armazenado O programa do computador poderia ser modificado alterandose o conteúdo da memória. O computador precisa reconhecer certos padrões de bits como instruções. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Linguagem de Máquina E Instruções www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Instrução de Máquina Duas partes Código de operação ( 4 bits) Código do operando ( 12 bits) www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Código de Operação Cada instrução é codificada em um total de bits e representados por um conjunto de hexadecimais. 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. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Classificação de Operações Transferência de Dados Instruções Aritméticas e Lógicas Controle www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Exemplo de Programa 156C 166D 5056 306E C000 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm UC Contador de Instruções Contém o endereço da próxima instrução a ser executada Registrador de Instruções Mantém cópia da instrução que estiver sendo executada em cada momento. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Ciclo de Máquina Contém três fases: 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 Decodificação Execução www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Decodificação Campo do Operando é analisado pelo decodificador de instrução Verifica se precisa operandos 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. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Passos do Ciclo de Instrução REM = PC A memória decodifica o endereço REM Transfere o conteúdo para o RDM RI = RDM PC= PC + 1 A UC solicita ao RI que envie os 4 bits para o decodificador de instrução www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Memória www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Comparativo www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm Tipos de Memória Registradores Cache L1 Cache L2(interno e externo) MP (RAM) ROM 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) www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm 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 www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm SETOR DE BOOT E MBR NÃO SÃO A MESMA COISA O MBR situa-se no primeiro setor da primeira trilha do primeiro prato do HD (setor um, trilha zero, face zero, prato zero). O MBR é constituído pelo Bootstrap e pela Tabela de Partição. O Bootstrap é o responsável por analisar a Tabela de Partição em busca da partição ativa. Em seguida ele carrega na memória o Setor de Boot da partição. Esta é a função do Bootstrap. A Tabela de Partição contém informações sobre as partições existentes no disco. Informações como o tamanho da partição; em qual trilha/setor/cilindro ela começa e termina; o sistema de arquivos da partição; se é a partição ativa... ao todo são dez campos. Quatro campos para cada partição possível (por isso só se pode ter 4 partições primárias, e por isso também que foi-se criada a partição estendida...), e dez campos para identificar cada partição existente. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm SETOR DE BOOT E MBR NÃO SÃO A MESMA COISA Quando acaba o POST, a instrução INT 19 do BIOS lê o MBR e o carrega na memória, e é executado o Bootstrap. O Bootstrap vasculha a Tabela de Partição em busca da partição ativa, e em seguida carrega na memória o Setor de Boot dela. A função do Setor de Boot é a de carregar na memória os arquivos de inicialização do SO. O Setor de Boot fica situado no primeiro setor da partição ativa. www.ifba.edu.br/professores/anto niocarlos/introducaoads.htm
