ULA (ALU) - UNIDADE DE ARITMÉTICA E LÓGICA

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Nelson Cordeiro Ribas
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1 FATEC SP - Análise e Desenvolv. De Sistemas - Ambiente Operacional PÁG. 1 II) ELEMENTOS DE HARDWARE: DIAGRAMA DE BLOCOS DE UM COMPUTADOR 1) CPU - UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO RESPONSÁVEL PELA EXECUÇÃO DAS INSTRUÇÕES DOS PROGRAMAS ARMAZENADOS NA MEMÓRIA PRINCIPAL. CADA CPU RECONHECE UM DETERMINADO CONJUNTO BE INSTRUÇÕES, ONDE CADA INSTRUÇÃO CORRESPONDE A UM CIRCUITO NA CPU. A UCP TRABALHA EM DOIS ESTADOS DISTINTOS: ESTADO PROBLEMA OU USUÁRIOS E ESTADO SUPERVISOR. NO ESTADO PROBLEMA SÃO EXECUTADAS AS INSTRUÇÕES QUE PODEM SER EXECUTADAS PELO PROGRAMA PROBLEMA, ENQUANTO NO ESTADO SUPERVISOR TODAS AS INSTRUÇÕES PODEM SER EXECUTADAS. 1.1) COMPONENTES DA CPU : ULA (ALU) - UNIDADE DE ARITMÉTICA E LÓGICA EXECUTA AS OPERAÇÕES ARITMÉTICAS E LÓGICAS. POSSUI CIRCUITOS ESPECÍFICOS PARA EXECUÇÃO DAS INSTRUÇÕES DE MÁQUINA.

2 FATEC-SP - Análise e Desenvolv. De Sistemas - Ambiente Operacional PÁG.2 UNIDADE DE CONTROLE: RESPONSÁVEL PELA BUSCA DAS INSTRUÇÕES NA MEMÓRIA, NA ORDEM DE EXECUÇÃO ESPECIFICADA PELO PROGRAMADOR E PELA DECODIFICAÇÃO DAS MESMAS. RELÓGIO: GERA PULSOS ELETRÔNICOS QUE IMPULSIONAM E SINCRONIZAM AS ATIVIDADES DOS ELEMENTOS ATIVOS DA CPU. O RELÓGIO CONTROLA O RITMO DE TRABALHO, CUJA FREQÜÊNCIA DETERMINA A DURAÇÃO DO CICLO DE MÁQUINA, QUE CORRESPONDE AO INVERSO DA FREQÜÊNCIA DO CLOCK O CICLO DE MÁQUINA DE UM PROCESSADOR CUJA FREQUÊNCIA DE CLOCK É 500 MHZ CORRESPONDE A 1 / , OU 0, SEGUNDOS OU 2 NANOSEGUNDOS. REGISTRADORES: SÃO PEQUENAS PORÇÕES DE RAM DE ALTA VELOCIDADE, UTILIZADOS PARA CONTER OPERANDOS, PARA COMUNICAÇÃO ENTRE OS APLICATIVOS E O SISTEMA OPERACIONAL E, PRINCIPALMENTE, PARA CONTER VALORES QUE REPRESENTAM OS ENDEREÇOS LÓGICOS DE MEMÓRIA. OS ENDEREÇOS LÓGICOS SÃO DERIVADOS DE ENDEREÇOS FÍSICOS, E SÃO FORMADOS POR UM ENDEREÇO FÍSICO ASSOCIADO A UM DESLOCAMENTO, OS QUAIS SÃO DETERMINADOS EM MOMENTOS DISTINTOS. A QUANTIDADE, TAMANHO, E NOMENCLATURA DOS REGISTRADORES SÃO ESPECÍFICOS A DETERMINADA FAMÍLIA DE PROCESSADORES. FORMATO DE UMA INSTRUÇÃO : O CÓDIGO DA OPERAÇÃO IDENTIFICA A AÇÃO A SER REALIZADA PELA CPU (SOMA, SUBTRAÇÃO, ETC.) OS OPERANDOS, CUJA QUANTIDADE, TIPICAMENTE, É 1, 2, OU 3 SÃO OS ELEMENTOS QUE SOFRERÃO A AÇÃO EXECUTADA PELA CPU. OS OPERANDOS PODEM SER CLASSIFICADOS EM:

3 FATEC SP - Análise e Desenvolv. De Sistemas - Ambiente Operacional PÁG.3 IMEDIATOS MEMÓRIA, REGISTRADOR EM FUNÇÃO DOS TIPOS DE OPERANDOS UTILIZADOS, AS INSTRUÇÕES SÃO CLASSIFICADAS EM: MEMÓRIA - MEMÓRIA: OS DOIS OPERANDOS ESTÃO EM MEMÓRIA (USO RESTRITO). Ex.: mov x,y MEMÓRIA - REGISTRADOR UM OPERANDO EM MEMÓRIA E OUTRO EM REGISTRADOR Ex.:add rl,y ; add y,rl MEMÓRIA - IMEDIATO UM OPERANDO EM MEMÓRIA E OUTRO IMEDIATO. Ex.: add y,5 REGISTRADOR - REGISTRADOR AMBOS OPERANDOS EM REGISTRADORES. Ex.: add rl,r2 REGISTRADOR - IMEDIATO UM OPERANDO EM REGISTRADOR E O OUTRO IMEDIATO. Ex.:add rl,4 O CICLO DE EXECUÇÃO DE UMA INSTRUÇÃO, OBEDECE AOS SEGUINTES PASSOS : 1) BUSCA DA INSTRUÇÃO NA MEMÓRIA. 2) DECODIFICAÇÃO. 3) CÁLCULO DO ENDEREÇO DA PRÓXIMA INSTRUÇÃO. 4) ENDEREÇAMENTO DOS OPERANDOS. 5) ATIVAÇÃO. 6) VERIFICAÇÃO. 7) ARMAZENAMENTO DOS RESULTADOS. TRÊS ARQUITETURAS DE CPU : A) SISD -SINGLE INSTRUCTION SINGLE DATA (ESCALARES).

4 FATEC - SP - Análise e Desenvolv. De Sistemas - Ambiente Operacional PAG. 4 CORRESPONDE A MAQUINA TRADICIONAL DE VON NEUMANN, QUE TEM APENAS UM FLUXO DE INSTRUÇÕES E DE DADOS, EXECUTADO POR UMA ÚNICA CPU E UMA MEMÓRIA. A PRIMEIRA INSTRUÇÃO É BUSCADA NA MEMÓRIA E ENTÃO EXECUTADA, A SEGUIR A SEGUNDA INSTRUÇÃO É BUSCADA E EXECUTADA. PODE-SE OBTER ALGUM PARALELISMO NESSA ARQUITETURA, COM MÁQUINAS PIPELINE. (A EXECUÇÃO DA INSTRUÇÃO É FEITA COMO EM UMA LINHA DE MONTAGEM). ESSA ARQUITETURA CORRESPONDE A UMA MÁQUINA VON NEUMANN COM CARACTERÍSTICA PIPELINE, COM A DISTRIBUIÇÃO DE FUNÇÕES ENTRE 5 UNIDADES.

5 FATEC - SP - Análise e Desenvolv. De Sistemas - Ambiente Operacional PÁG.5 B) SIMD - SINGLEINSTRUCTION MULTIPLE DATA (VETORIAL) C) MIMD - MULTIPLE INSTRUCTIN MULTIPLE DATA (MULTIPROCESSADA)

6 FATEC-SP - Análise e Desenvolv. De Sistemas - Ambiente Operacional PÁG.6 2) BARRAMENTO: FORMADO POR 4 TIPOS DE LINHAS QUE INTERLIGAM OS COMPONENTES. 2.1) LINHAS DE TENSÃO : UTILIZADAS PARA CONDUZIR ENERGIA AOS COMPONENTES. 2.2) LINHAS DE CONTROLE : UTILIZADA PARA INDICAR A DIREÇÃO DA MOVIMENTAÇÃO DOS DADOS EM RELAÇÃO À CPU, O MOMENTO DA TRANSFERÊNCIA, ETC. 2.3) LINHAS DE DADOS : UTILIZADAS PARA TRÁFEGO DOS DADOS E INSTRUÇÕES ENTRE A CPU / MEMÓRIA /CONTROLADORAS DE ENTRADA E SAÍDA. O TAMANHO (QTDE. DE BITS) DA BARRA DE DADOS ESTABELECE A QUANTIDADE DE BITS QUE A CPU PODE LER OU GRAVAR COM UM ÚNICO ACESSO (TAMANHO DA PALAVRA). QUANDO REFERENCIAMOS UMA MÁQUINA COMO "DE 8 BITS ", "DE 16 BITS", ETC, ESTAMOS REFERENCIANDO O TAMANHO DE SUA BARRA DE DADOS. OS TAMANHOS MAIS COMUNS SÃO : - 8 BITS -16 BITS - 32 BITS -64 BITS. 2.4) LINHAS DE ENDEREÇOS UTILIZADAS PARA TRANSMITIR O ENDEREÇO FÍSICO DE MEMÓRIA OU ENDEREÇO DO DISPOSITIVO ONDE SERÁ FEITA A LEITURA OU GRAVAÇÃO. O TAMANHO (QTDE. DE BITS) LIMITA O TAMANHO MÁXIMO DE MEMÓRIA QUE A CPU PODE ENDEREÇAR, SENDO OS MAIS COMUNS : 2.5) MEMÓRIA: 20 BITS - ENDEREÇAM 1 MB 24 BITS - ENDEREÇAM 16 MB 32 BITS - ENDEREÇAM 4 GB É A PARTE DO COMPUTADOR OSDE ESTÃO OS PROGRAMAS EM EXECUÇÃO E OS DADOS NECESSÁRIOS À EXECUÇÃO DAS INSTRUÇÕES.

7 FATEC - SP - Análise e Desenvolv. De Sistemas - Ambiente Operacional PÁG.7 A UNIDADE BÁSICA DE MEMÓRIA É O BIT, QUE PODE CONTER OS VALORES ZERO OU UM E QUE, AGRUPADOS DE 8 EM 8 FORMAM OS BYTES PARA A REPRESENTAÇÃO DE CARACTERES. O BYTE É A MENOR PORÇÃO DE MEMÓRIA ENDEREÇÁVEL (CÉLULA). OS CARACTERES SÃO FORMAOS A PARTIR DE DUAS TABELAS: ASCII E EBCDIC. UNIDADES DE MEDIDAS DE ARMAZENAMENTO EM COMPUTADOR: KILOBYTE = 1024 BYTES MEGABYTE = 1024 KB GIGABYTE = 1024 MB TERABYTE = 1024 GB PETABYTE = 1024 TB EXABYTE = 1024 PB ZETTABYTE = 1024 EB YOTTABYTE= 1024 ZB PARA A REPRESENTAÇÃO DOS CARACTERES DOIS MODELOS SÃO UTILIZADOS: SBCS (SINGLE BYTE CHARACTER SET) - UTILIZADO NO OCIDENTE, ONDE UM BYTE REPRESENTA UM CARACTERE. DBCS (DOUBLE BYTE CHARACTER SET) (PRÉ-UNICODE) - UTILIZADO NO ORIENTE, ONDE CADA CARACTERE É REPRESENTADO EM DOIS BYTES. EXISTEM VÁRIOS TIPOS DE MEMÓRIA, COM DIFERENTES UTILIZAÇÕES: RAM - RANDOM ACCESS MEMORY MEMÓRIA VOLÁTIL, UTILIZADA PARA ARMAZENAR PROGRAMAS EM EXECUÇÃO E DADOS ACESSÁVEIS POR ESSES PROGRAMAS. A RAM DIVIDE-SE EM 2 GRUPOS : RAM DINÂMICA E RAM ESTÁTICA (MEMÓRIA CACHE). O TAMANHO MÁXIMO É DETERMINADO PELO TAMANHO DA LINHA DE ENDEREÇOS. PODE SER REFERENCIADA COMO MEMÓRIA REAL OU PRINCIPAL ROM - READ ONLY MEMORY MEMÓRIA APENAS PARA LEITURA, NÃO VOLÁTIL, TAMBÉM CONHECIDA COMO FIRMWARE (HARDWARE PROGRAMADO).

8 FATEC-SP - Análise e Desenvolv. De Sistemas - Ambiente Operacional PÁG.8 NOS PCs, CONTÉM ROTINAS ESPECIALISTAS DE I/O (MANIPULADORES DE INTERRUPÇÕES) E PROGRAMAS DE PARTIDA DO COMPUTADOR, COMO : ROTINAS DO BIOS : PRINT-SCREEN (05H) SERVIÇOS DE VÍDEO (10H) LISTA DE EQUIPTOS (11H) TAMANHO DA MEMÓRIA (12H) ACESSO A DISCO (13H) PORTA SERIAL (14H) TECLADO (16H) IMPRESSORA (17H) BOOT STRAP (19H) RELÓGIO (1AH) ROM BOOTSPTRAP, POST, SETUP EVOLUÇÃO DAS MEMÓRIAS ROM: ROM - FABRICADAS JÁ COM PROGRAMAÇÃO PROM - PROGRAMMABLE ROM EPROM - ERASEBLE PROM (RAIOS ULTRAVIOLETAS) EEPROM - ELECTRONICALLY EPROM CMOS - COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTOR: CHIP COM MEMÓRIA RAM COM BAIXO CONSUMO DE ENERGIA, ALIMENTADA POR BATERIA, QUE CONTÉM A CONFIGURAÇÃO BÁSICA DO SISTEMA, A DATA, A HORA, SENHA, ETC. VIRTUAL ÁREA EM DISCO, GERENCIADA PELO SISTEMA OPERACIONAL, QUE FUNCIONA COMO EXTENSÃO DA MEMÓRIA PRINCIPAL. EM SISTEMAS QUE IMPLEMENTAM MEMÓRIA VIRTUAL, QUANDO É SOLICITADA A EXECUÇÃO DE UM PROGRAMA, ELE PRIMEIRO É CARREGADO PARA A MEMÓRIA VIRTUAL E DAÍ PARA A MEMÓRIA PRINCIPAL, DE ACORDO COM A TÉCNICA DE GERENCIAMENTO DE MEMÓRIA UTILIZADA.

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