Hardware: Componentes Básicos. Sistema de Computador Pessoal. Anatomia de um Teclado. Estrutura do Computador. Arquitetura e Organização

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1 Hardware: Componentes Básicos Arquitetura dos Computadores Dispositivos de Entrada Processamento Dispositivos de Saída Armazenamento Marco Antonio Montebello Júnior Sistema de Computador Pessoal Anatomia de um Teclado Arquitetura e Organização Estrutura do Computador Arquitetura: É tudo aquilo que é visivel ao computador Conjunto de instruções, números de bits usados para representar dados, mecanismos de E/S, técnicas de endereçamento Organização: É como as funcionalidades são implementadas Sinais de Controle, Interfaces, tecnologias de memória Computador Unidade Central de Processamento Computador Sistema de Interconexão Entrada / Saída Memória Principal 1

2 Unidade Central de Processamento (CPU) A grosso modo conhecido como microprocessador Realiza o gerenciamento de todos os recursos disponíveis no sistema Estrutura da CPU Conjunto complexo de circuitos eletrônicos Executa instruções de programa armazenadas O processamento é feito pela CPU por meio do ciclo de busca/execução regulado pelo clock (relógio) Estrutura da CPU Microprocessador Computer E/S Barramento CPU do Sistema Memória Registradores CPU Interconexão Interna da CPU Unidade de Controle Unidade Lógica e Aritmética ULA Unidade Lógica e Aritmética Operações Aritméticas Adição, subtração, multiplicação e divisão Operações Lógicas Compara números, letras ou caracteres especiais Testa uma das 3 condições: Condição de igualdade (=) Condição menor que (<) Condição maior que (>) Microprocessador Registradores Armazenam os dados a serem usados pela ULA Unidade de Controle Possui lógica para movimentação de dados e instruções de e para a CPU, por meio de sinais de controle Barramento Interno Funcionamento e Estrutura da CPU As operações da CPU em um ciclo de instrução: Buscar a instrução (captar) Interpretar a Instrução (decodificar) Buscar e processar os Dados (executar) Escrever os dados (armazenar) 2

3 O Ciclo da Máquina CPU Instruções O tempo necessário para recuperar, executar e armazenar uma operação. Componentes: Tempo de Instrução (L-Time) A UC recebe a instrução da memória e coloca em um registro A UC decodifica a instrução e determina qual é a localização de memória para os dados necessários Tempo de Execução (E-Time) A UC transfere dados da memória para registros na ULA, a mesma executa instruções relativas aos dados A UC armazena o resultado da operação na memória ou em um registro O clock do sistema sincroniza as operações Cada CPU tem o seu próprio conjunto de instruções Elementos de uma instrução Código da Operação (Opcode): O que fazer Operandos de Origem: Com o que fazer Operando de Destino: Onde gravar o resultado Referência a próxima instrução: Para onde ir CPU Instruções Apesar do Ciclo de Instrução ser composto de várias etapas, o mesmo é realizado de forma seqüencial: O processador fica ocioso durante a leitura/escrita dos dados CPU Tipos de Processamento Pipeline Uma variação do processamento serial tradicional Processamento Paralelo Que usa múltiplos processadores simultaneamente CPU Pipeline CPU Seqüencial O ciclo de instrução é dividido em 2 estágios: Leitura da instrução Execução da instrução lida Instruções são executadas em paralelo, evitando que o processador fique ocioso 3

4 CPU Pipeline CPU Pipeline CPU Processamento Paralelo O processador de Controle divide o problema em partes Cada parte é enviada a um processador distinto Cada processador tem sua própria memória O processador de controle monta os resultados Pentium HT Simula o utilização de 2 processadores Pentium M Dual Core Possui processador com núcleo duplo Máquinas com diversos processadores Memória Características Fornece à CPU uma área de armazenamento/ trabalho para instruções de programas e dados Fisicamente próxima à CPU Reduzir o tempo de acesso Fornecer rapidamente dados e instruções à CPU Existe grande diversidade de memórias Memória Características Memória Hierarquia Localização Interna Mais próximas dos processador Registradores, cache, memória principal (RAM) Externa Dispositivos de armazenamento auxiliar, acessíveis através de controles de E/S HD s (disco magnético), fitas, CD s, disquetes Características Físicas Voláteis Necessitam de energia para manter os dados Não voláteis A informação fica armazenada mesmo sem energia Capacidade Custo por bit Registradores Cache Memória Principal Disco Magnético CD-ROM, DVD Fita Magnética Velocidade 4

5 Memória Principal Memória Cache RAM (Random Access Memory) Leitura e/ou Escrita Volátil armazenamento temporário ROM (Read Only Memory) Somente Leitura Não volátil armazenamento permanente Armazenamento permanente de programas e dados do fabricante do computador Ex.: BIOS (Basic Input/Output System) Possui alta velocidade Memória de pouca capacidade, localizada entre a CPU e a memória principal O processador tenta buscar as informações na memória cache, por ser mais rápida. Se não encontrar ele vai buscar na RAM, e se também não encontrar ele vai buscar no disco. Cache do Processador Memória Cache interna (Nível 1) embutida no microprocessador Acesso mais rápido, porém custo mais elevado Cache externa (Nível 2) em um chip separado Incorporada ao processador e alguns microprocessadores atuais Todos os softwares que são executados em um computador (incluindo o SO) são alocados na memória RAM A quantidade de memória RAM é um recurso limitado Como resolver esse problema??? Memória Virtual Memória Virtual Barramento Usa parte da área de armazenamento (HD) como memória Qual seria a vantagem de comprar uma máquina com mais memória RAM? Desempenho. Um micro que esteja usando memória virtual será muito mais lento do que um que esteja utilizando memória RAM para rodar os programas. Então o uso de memória virtual deve ser evitado sempre que possível Porém é um mal necessário,tendo em vista que os programas estão maiores (em bytes) a cada dia Caminho de comunicação comum, que conecta os componentes Fios são compartilhados: Somente um dispositivo pode enviar dados em um determinado momento Todos escutam, mas em geral só um lê os dados Barramento é controlado por um mestre Os outros dispositivos são escravos 5

6 Barramento Vantagens Elimina a necessidade de conectar cada dispositivo com todos os outros Classificados em: Síncronos Todas as suas operações são sincronizadas por um relógio central Assíncronos Cada operação possui o seu próprio sinal de indicação de operação Largura do Barramento Geralmente tem a mesma largura da palavra da CPU Quanto maior pode: transferir mais dados, referenciar mais endereços e suportar mais instruções Velocidade do Barramento Quanto maior mais rapidamente os dados trafegam pelo sistema Entrada / Saída (E/S) Input / Output (I/O) Grande variedade de dispositivos Dispositivos Externos Legíveis para seres humanos Monitor, impressora, teclado Comunicação Modem, Placa de rede Entrada / Saida (E/S) Input / Output (I/O) Seqüência de operações: CPU checa status do dispositivo através do módulo de E/S Módulo de E/S retorna status Se estiver pronto, CPU requisita transferência de dados Módulo de E/S transfere dados para a CPU 6

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