O COMPUTADOR POR DENTRO

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1 1 2 SISTEMAS DE INFORMAÇÃO O COMPUTADOR POR DENTRO Ensino Recorrente 3 4 O CPU constitui o orgão central do computador. As suas características determinam, em grande medida, a performance global do sistema. Vamos observar um pouco mais de perto a estrutura interna do microprocessador. Essa estrutura interna pode decompor-se em várias unidades. ESLC 1

2 5 6 A Unidade Aritmética e Lógica é a "calculadora" do CPU. Executa todas as operações ariteméticas e lógicas. Os Registos internos são zonas que contêm os dados, os operandos e os resultados das operações. 7 8 A Unidade de Teste e Protecção tem por finalidade verificar se as operações são exequíveis e não violam localizações de memória ou periféricos a que não devem aceder. A Unidade de Controlo tem por missão coordenar todos os passos necessários à execussão das operações a efectuar. ESLC 2

3 9 10 O Descodificador recebe as instruções e descodifica-as para um formato que a unidade de execução "entende" O Controle de sequência contém sempre a instrução que deve ser executada a seguir. A função desta unidade é assegurar que o descodificador não perca tempo, esperando a nova instrução. A unidade Interface com o BUS assegura a ligação do CPU com o BUS. ESLC 3

4 RESUMINDO O CPU estabelece comunicação com a RAM para a transferência de dados e instruções. O controlo de sequência requisita ao interface a recolha da próxima instrução. A RAM envia o código através do BUS. A unidade de controle da sequência envia a instrução ao descodificador. O descodificador traduz a instrução para um formato próprio e envia-a para a unidade de controle. A unidade de teste de protecção confirma se a instrução pode ser executada. Efectuado o teste, os dados são colocados nos registos e a operação é efectuada na unidade aritmética e lógica. Efectuada a operação, os resultados são de novo enviados para a RAM VELOCIDADE Qualquer operação efectuada pelo CPU, por mais simples que possa parecer, é decomposta num grande número de operações elementares. Só a extraordinária velocidade interna de processamento permite que as operações complexas sejam efectuadas em espaços de tempo reduzidíssimos. Estamos habituados a considerar que um segundo é um espaço de tempo muito curto......mas vamos ver que, para um computador, um segundo é quase uma eternidade A velocidade do CPU é determinada por um relógio interno que sincroniza toda a actividade do sistema A velocidade do relógio do processador mede-se em MEGAHERTZ.Os processadores que se comercializam actualmente têm velocidades de relógio que ultrapassam por vezes os 233 Mhz isto é, os 233 milhões de impulsos por segundo 16 ESLC 4

5 O CPU E A MEMÓRIA A memória do computador é constituida por células. Cada célula é referênciada por um endereço. Cada endereço de memória pode conter um BYTE de informação 17 O CPU localiza os diferentes endereços de memória através do BUS de endereços. O número de endereços de memória a que a CPU pode aceder depende do número de linhas do BUS de endereços. 18 Vamos admitir que os endereços das seis células de memória representadas na figura abaixo, estão numerados de 0 a 5. Vamos admitir que o BUS de endereços tem apenas duas linhas, através das quais podem ser enviados dois bits. 19 Se o CPU quiser aceder ao endereço 0, pode enviar um sinal constituído por um bit 0 em cada linha e localiza assim o endereço 0 de memória. Para localizar o endereço 1 bastaria enviar o código binário 01 através das duas linhas do BUS e acederia assim ao endereço 1. Se fosse enviado um novo sinal correspondente ao código binário 10, o CPU acederia ao endereço 2. Finalmente, através da combinação dos bits 11 pode aceder-se ao endereço 3. Se o BUS de endereços tivesse apenas 2 linhas, o CPU poderia aceder apenas a 4 endereços de memória. Se o BUS de endereços tivesse 8 linhas, o CPU poderia aceder a 256 endereços de memória. 20 ESLC 5

6 Se o BUS de endereços tivesse 8 linhas, o CPU poderia aceder a 256 endereços de memória 21 Aos diferentes modelos de CPU correspondem diferentes capacidades do BUS de endereços ESLC 6

7 FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE DISCO Os dados e os programas estão escritos em código na superfície do disco. A cabeça de leitura e escrita permite a gravação e a leitura de dados no disco. Para permitir um acesso rápido e directo, o disco roda a grande velocidade e a cabeça de leitura e escrita desloca-se sobre a superfície do disco. 27 A transferência de dados entre o disco e a RAM é bastante rápida, mas muito mais lenta do que a transferência de dados entre a RAM e a CPU. 28 ESLC 7

8 29 Na ROM estão inscritas as rotinas básicas necessárias ao arranque do computador. 30 Arranque do sistema Quando o computador é ligado à corrente, o CPU procura essas instruções e executa-as em primeiro lugar. Essas instruções fazem com que o CPU efectue um teste para verificar se todos os dispositivos de hardware ligados ao sistema se encontram operacionais. 31 Este conjunto de operações de verificação, designa-se por 32 POWER-ON SELF-TEST ( POST ) ESLC 8

9 33 Em seguida, e obedecendo ainda às instruções contidas na ROM, o CPU "carrega" o sistema operativo para a RAM. A partir desta fase, o computador fica sob o 34 controlo do sistema operativo. Depois do sistema operativo ter sido carregado para a RAM, o computador está apto a receber comandos do utilizador e a executar programas de aplicação. Obedecendo a um comando do utilizador, o sistema operativo pode carregar um programa de aplicação para a RAM a fim de ser executado. 35 Depois do programa de aplicação ter sido carregado para a RAM, o CPU passa a executar as instruções desse programa. Essas instruções são executadas pelo CPU na ordem estipulada. 36 ESLC 9

10 Durante a fase de processamento, há grande intercâmbio de dados e de interrupções entre a RAM e o CPU. A velocidade de processamento do CPU é muito mais elevada que a dos circuitos vulgares da RAM. 37 A demora no processamento, devida à diferença de velocidades entre o CPU e os circuitos da RAM, designa-se por 38 ESTADOS DE ESPERA ( WAIT STATES ). O CPU requisita à RAM dados ou instruções para processamento. Os circuitos da RAM são mais lentos que o CPU e exigem algum tempo de espera. Para eliminar ou reduzir os tempos de espera, alguns computadores estão equipados com memória RAM adicional construida com circuitos mais rápidos. 39 Esta memória adicional, construída com circuitos extremamente rápidos e mais caros, designa-se por RAM CACHE A RAM CACHE contém, em princípio, e com elevada probabilidade, os dados e as instruções de que a CPU irá necessitar em cada momento 40 ESLC 10

11 ESLC 11