ARQUITETURA DE COMPUTADORES. Professor: Clayton Rodrigues da Siva

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1 ARQUITETURA DE COMPUTADORES Professor: Clayton Rodrigues da Siva

2 OBJETIVO DA AULA Objetivo: Conhecer a estrutura da arquitetura da Máquina de Von Neumann. Saber quais as funcionalidades de cada componente da máquina de Neumann.

3 CARACTERÍSTICAS DA MÁQUINA DE NEUMANN A arquitetura de Von Neumann é a base utilizada pelos computadores atuais. É uma arquitetura de utilização genérica que permite resolver qualquer problema que possa ser expresso sob a forma de um algoritmo. É uma máquina que realiza suas operações utilizando a aritimética binária. Vejamos no próximo slide uma figura que representa essa arquitetura.

4

5 Como tivemos a oportunidade de ver, a máquina de Neumann possui os seguintes componentes: Memória Principal Central de processamento(ucp) que é composta de Unidade Lógica e Aritmética Unidade de Controle Dispositivos de Entrada e Saída Veremos cada a função de cada um desses componentes detalhadamente.

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7 MEMÓRIA PRINCIPAL O principal objetivo da unidade de memória central guardar programas e dados sob forma de representação binária. Cada instrução de máquina é codificada como uma sequência de bits que será armazenada na memória.

8 MEMÓRIA PRINCIPAL

9 MEMÓRIA PRINCIPAL

10 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO(UCP) A unidade de central de processamento (CPU Central Processing Unit) trata do controle global das operações e da execução das instruções. A CPU é dividida em: Unidade Lógica e Aritmética, ULA (ALU Arithmetic and Logical Unit) e Unidade de Controle UC.

11 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO(ULA) Unidade Lógica e Aritmética realiza as operações lógicas e aritméticas do computador. Ex.: Ela soma, subtrai, divide, determina se um número é positivo ou negativo ou se é zero. Determina se uma quantidade é menor ou maior que outra e quando quantidades são iguais. A ULA pode executar funções lógicas com letras e com números.

12 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO(ULA)

13 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO(UC) A Unidade de Controle é Responsável por gerar todos os sinais que controlam as operações no exterior da CPU, e ainda por todas as instruções para o correto funcionamento da CPU. A UC executa três operações básicas: Busca, Decodificação e Execução. Todo processador executa essas operações ciclicamente.

14 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO(UC) Busca Decodificação Execução

15 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO(UC) Cada instrução da máquina pode envolver: Operações aritméticas e lógicas Operações de transferência entre CPU e a Memória Principal Operações de transferência entre CPU e Unidades de I/O Operações de controle da sequência de execução das instruções.

16 GARGALO A Máquina de Neumann apresenta dois grandes problemas: Gargalo no desempenho em virtude do barramento único utilizado para dados e endereço. O throughput da memórias são muito menores do que a taxa com a qual os processadores podem trabalhar. Em virtude disso, a CPU é forçada continuamente a esperar por dados que precisam ser transferidos para ou a partir da memória.

17 ARQUITETURA DE HARVARD Sua principal distinção em relação a arquitetura de Neumann reside no fato de essa arquitetura possuir duas memórias distintas e, como consequência disso, dois barramentos distintos e independentes, um para acessar dados e outro para endereços(instruções). Quais as implicações dessa arquitetura?

18 ARQUITETURA DE HARVARD Implicações da arquitetura de Harvard: Ser mais rápida, visto que não haverá compartilhamento de um único barramento para dados e endereços. O processador poderá executar instruções simultaneamente, visto que ele poderá, enquanto executa determinada instrução, buscar a próxima instrução a ser executada. A arquitetura Havard também possui uma quantidade menor de instruções quando comparada com a arquitetura de Von-Neumann, suas instruções são executadas apenas num único ciclo de clock(relógio).

19 ARQUITETURA DE HARVARD

20 NEUMANN X HARVARD Quesito Neumann Harvard Barramento Único Dois barramentos independentes Quantidade de instuções Maior Menor Custo Menor Maior Desempenho Menor Maior Instruções processadas em um único ciclo de clock Várias Uma Onde é utilizada? PC s Microcontroladores

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