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Arquitetura e organização de
computadores
3º. Sem. Sistemas de informação
Prof. Emiliano S. Monteiro
Barramentos
BUS
Modelo de barramento
CPU(ALU, UC,
Registradores)
Memória
Entrada e saída
(I/O)
Barramento de dados
Barramento de endereços
Barramento de controle
O barramento do sistema é feito dos 3 barramentos mencionados acima.
O barramento de dados: transporte informação.
O barramento de endereços: identifica que informação esta sendo enviada.
O Barramento de controle: descreve como a informação esta sendo enviada, ele coordena acessos aos barramentos de dados
e endereços.
Os barramentos são coleções de fios que são agrupados por função, por exemplo um barramento de 32 bits tem 32 fios
individuais!
Bus
• Existe um número de interconexões possíveis em um sistema
• As estruturas simples ou multiplas de Bus são comuns
• Ex: Control/Address/Data bus (PC)
• Ex: Unibus (DEC-PDP)
O que é um Bus?
• Um caminho de comunicação que conecta dois ou mais dispositivos
• Usualmente faz broadcast
• Geralmente com agrupamento
• Número de canais em um bus
• Ex: bus de 32 bit são 32 canais separados
Estruturas de barramentos (bus)
 As linhas de dados: fornecem um caminho para a transferência de dados entre
os módulos do sistema. A largura do barramento de dados constitui o parâmetro
fundamental para o desempenho global do sistema, que pode ser: 8, 16, 32 e 64
bits
 As linhas de endereço: são utilizadas para designar a fonte ou destino dos dados
transferidos pelo barramento de dados. Quando um processador deseja ler uma
palavra da memória, ele coloca o endereço da palavra desejada nas linhas de
endereço. A largura do barramento de endereços determina a capacidade
máxima de memória do sistema
 As linhas de controle: são usadas para controlar o acesso e a utilização das linhas
de dados e de endereço. As linhas de dados e endereços são compartilhadas
entre seus componentes, as linhas de controle regulam sua utilização. Os sinais
de controle são utilizados tanto para transmitir comandos quanto para
transmitir informações de temporização entre os módulos do sistema
Estrutura lógica de barramentos
memória
cpu
BUS
I/O
Arbitragem de barramento
 Exemplo: PCI
◦ Utiliza o esquema de arbitragem síncrono e centralizado, no qual cada mestre
possui uma linha de sinal de requisição e uma linha de sinal de concessão.
◦ O árbitro do barramento utiliza uma abordagem de ceder o barramento
segundo a ordem de chegada das requisições (round-robin) com algum tipo de
prioridade.
◦ Cada mestre PCI deve requisitar o controle do barramento para cada
transação que desejar efetuar
◦ Sendo que cada transação seja composta de uma fase de transferência de
endereço seguida por uma ou mais fases contíguas de transferência de dados.
Diagrama básico
Arbitragem de bus
árbitro
Dispositivo pci
Dispositivo
pci
Dispositivo
pci
BUS Tradicional (ISA)
Correção de erros
 Todo sistema de memória esta sujeito a erros.
 Esses erros podem ser classificados como falhas graves ou erros
moderados.
 Uma falha grave constitui um defeito físico permanente: células de
memória afetadas não podem mais armazenar dados com segurança
 Falhas graves pode ocorrer por:
◦ Uso excessivo em ambientes inadequados
◦ Defeitos de fabricação
◦ desgaste
Correção de erros
• Um erro moderado é evento aleatório e não-destrutivo que altera o
conteúdo de uma ou mais posições de memória sem danificar a
memória.
• Erros moderados pode ser causados por:
• Problemas no fornecimento de energia
• Presença de particulas alfa(material radioativo encontradas em alguns
materiais)
Componentes do computador e memórias
Memórias
Hierarquia de memória
Registradores
Cache
Memória principal
Armazenamento secundário (discos)
Armazenamento off-line (fitas, cd, dvd)
Mais lento, mais barato
Mais rápido, mais caro
Características de memórias
• Localização
• Capacidade
• Unidade de transferência
• Método de acesso
• Performance
• Tipo físico
• Organização
Localização
• CPU
• Interna
• Externa
Métodos de acesso
 Sequencial
◦ Tem um início e lê até um final em ordem
◦ O tempo de acesso depende da localização dos dados
◦ Ex: fita
 Direto
◦ Blocos individuais tem endereços únicos
◦ O acesso é mediante pulo até o bloco visinho mais busca
sequencial
◦ O tempo de acesso depende da localização
◦ Ex: disco
Hierarquia de memória
• Registradores
• na CPU
• Interna ou na memória principal
• Pode incluir uma ou mais níveis de cache
• “RAM”
• Memória externa
• Disco/CD/DVD/Pendrives…
Tipos físicos
• Semicondutor
• RAM
• Magnética
• Disco & fita
• Ótica
• CD, DVD Blu-ray
• Outras
• Hologram
Dynamic RAM
• Os bits são armazenados como cargas nos capacitores
• Necessita de atualização até quando liga
• Construção simples
• Custo reduzido
• Necesita de circuitos de refresh (atualização)
• Mais lentas
• Memória principal
Static RAM
• Os bits são armazenados como switchs on/off
• Não tem perda de carga
• Não necessita de refresh (atualização) quando ligada
• Construção mais complexa
• Mais cara
• rápida
• Cache
Read Only Memory (ROM)
• Armazenamento permanente
• Microprogramação
• Programas do sistema (BIOS)
• Tabelas de funções
Cache
• É uma pequena quantidade de memoria rápida
• Esta localizada entre a memória principal e a CPU
• Pode estar localizada entre a CPU ou modulo
Organização típica de cache
Tipos de memória externa
• Discos magnéticos
• HD
• RAID
• Removível
• Ótico
•
•
•
•
CD-ROM
CD-Writable (WORM)
CD-R/W
DVD
• Fita magnética
5. Subsistema de memória
DIP
SIPP
SIMM 30 pin
SIMM 72 pin
DIMM (168-pin)
DDR DIMM (184-pin)
5. Subsistema de memória
• Memórias DDR3
5. Subsistema de memória
• Memórias Flash
• (pendrives)
Discos magnéticos
• São de metal ou plástico cobertos por um material magnético (oxido
de ferro)
• Forma de embalagem
• disco flexívl (Floppy)
• HD
• HD removível
Organização de dados e formatação
• Anéis concentricos ou trilhas
•
•
•
•
Espaços/intervalos entre trilhas
O espaço é reduzido para aumentar a capacidade
O mesmo número de bits por trilha (densidade de empacotamento variável)
Constant angular velocity
• Trilhas são dividias em setores
• O tamanho mínimo de um bloco é um setor
• Podem haver mais de um setor por blocos
Layout do disco
Layout do disco
Layout de disco
Fujitsu Sata
Cabeçote fixo/móvel
• Cabeçote Fixo
• Uma operação read/write por trilha
• Cabeças montadas em braços com sulcos
• Cabeça móvel
• Uma operação read/write por lado
• Montadas sobre um braço móvel
Anatomia do disco
Tamanho e capacidade
5¼″ full
height
110 MB HDD
2½″ (8.5 mm)
6495 MB HDD
Disco flexível
• Tamanho em polegadas: 8”, 5.25”, 3.5”
• Pequena capacidade
• até 1.44Mbyte (2.88M pouco popular)
• Devagar
• Universal
• Barato
Discos removíveis
• ZIP
• Barato (década de 90!)
• Muito comum
• apenas 100M
• JAZ
• Nada barato (na década de 90!)
• 1G
• L-120 (a: drive)
• Também lê 3.5” floppy
• HD Externo via porta USB
Velocidade
• Velocidade de busca
• Movimento da cabeça até a trilha correta
• Latencia (rotacional)
• Espera pelo disco girar sob a cabeça até o loca correto
• Tempo de acesso = Busca + Latencia
• Taxa de Transferência
Alocação em lista ligada (indexada)
Nome
Início
ABC
5
Fim
Ex: FAT (Tabela de alocação de arquivos)
13
www.pontodeensino.com – www.m104.com.br – [email protected]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Alocação em tabela
Nome
Início
ABC
5
3
Ex: ext2 e ext3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
9
13
www.pontodeensino.com – www.m104.com.br – [email protected]
Mapeamento de uma estrutura de diretórios em dispositivos físicos
Referências Bibliográficas
• MONTEIRO, Mário A. Introdução à organização de computadores. 4a. Edição. LTC – Rio de Janeiro, 2001.
• TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. 4a Edição. LTC – Rio de Janeiro, 2001.
• STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5a. Edição. Prentice Hall. São Paulo,
2002.