Arquitetura e organização de computadores

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1 Arquitetura e organização de computadores 3º. Sem. Sistemas de informação Prof. Emiliano S. Monteiro

2 Barramentos BUS

3 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!

4 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)

5 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

6 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

7 Estrutura lógica de barramentos memória cpu BUS I/O

8 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.

9 Diagrama básico

10 Arbitragem de bus árbitro Dispositivo pci Dispositivo pci Dispositivo pci

11 BUS Tradicional (ISA)

12 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

13 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)

14 Componentes do computador e memórias

15 Memórias

16 Hierarquia de memória Mais rápido, mais caro Registradores Cache Memória principal Armazenamento secundário (discos) Armazenamento off-line (fitas, cd, dvd) Mais lento, mais barato

17 Características de memórias Localização Capacidade Unidade de transferência Método de acesso Performance Tipo físico Organização

18 Localização CPU Interna Externa

19 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

20 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

21 Tipos físicos Semicondutor RAM Magnética Disco & fita Ótica CD, DVD Blu-ray Outras Hologram

22 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

23 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

24 Read Only Memory (ROM) Armazenamento permanente Microprogramação Programas do sistema (BIOS) Tabelas de funções

25 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

26 Organização típica de cache

27 Tipos de memória externa Discos magnéticos HD RAID Removível Ótico CD-ROM CD-Writable (WORM) CD-R/W DVD Fita magnética

28 5. Subsistema de memória DIP SIPP SIMM 30 pin SIMM 72 pin DIMM (168-pin) DDR DIMM (184-pin)

29 5. Subsistema de memória Memórias DDR3

30 5. Subsistema de memória Memórias Flash (pendrives)

31 Discos magnéticos São de metal ou plástico cobertos por um material magnético (oxido de ferro) Forma de embalagem disco flexívl (Floppy) HD HD removível

32 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

33 Layout do disco

34 Layout do disco

35 Layout de disco Fujitsu Sata

36 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

37 Anatomia do disco

38 Tamanho e capacidade 5¼ full height 110 MB HDD 2½ (8.5 mm) 6495 MB HDD

39

40 Disco flexível Tamanho em polegadas: 8, 5.25, 3.5 Pequena capacidade até 1.44Mbyte (2.88M pouco popular) Devagar Universal Barato

41 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

42 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

43 Nome Início Fim Alocação em lista ligada (indexada) Ex: FAT (Tabela de alocação de arquivos) ABC

44 Nome ABC 5 Início Alocação em tabela Ex: ext2 e ext

45 Mapeamento de uma estrutura de diretórios em dispositivos físicos

46 Referências Bibliográficas MONTEIRO, Mário A. Introdução à organização de computadores. 4a. Edição. LTC Rio de Janeiro, TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. 4a Edição. LTC Rio de Janeiro, STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5a. Edição. Prentice Hall. São Paulo, 2002.

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