2. Arquitetura de Computadores. Componentes básicos.

Transcrição

1 2. Arquitetura de Computadores Componentes básicos.

2 O Computador Tipos analógico => grandezas contínuas ex: termômetro digital => pulsações elétricas (0V, +5V) ex: calculadora bit - menor unidade de informação ( binary digit ) 0 = apagado/desligado/desativado/não 1 = aceso/ligado/ativado/sim 1 byte = 8 bits 1 KB = 1 quilobyte = 1024 bytes

3 Organização Básica Memória Unidade de Entrada Unidade de Controle Unidade de Saída Unidade Lógica e Aritmética Unidade Central de Processamento

4 Arquitetura de Computadores Unidade Central de Processamento (UCP) Composta de: Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Unidade de Controle

5 Arquitetura de Computadores Unidade de Controle onde os códigos (instruções), que representam as operações a serem realizadas, são indentificados e através da qual os dados são obtidos da memória; código de operação: identifica a operação a ser feita código de operando: dados necessários à execução da operação

6 Arquitetura de Computadores Linguagens de Máquina Especificação de uma operação básica (primitiva) que o hardware é capaz de realizar diretamente Formato: Código de operação + código de operandos Código da Operação Operando 1 Operando 2 Número de operandos: 0, 1, 2, 3,... O operando pode indicar o valor ou um endereço onde se encontra o valor

7 Ciclo da Instrução Ciclo de busca Buscar a próxima instrução na memória Incrementar o CP (Contador de Programa) Ciclo de Execução Interpretar a instrução Trazer (se for o caso) os operandos para a UCP Executar a operação Armazenar (se for o caso) os dados de saída Atualizar (se for o caso) o CP Repetir o processo com uma nova instrução

8 Tradutores Montador converte programas em ling. montada (Assembly) para ling. de máquina; Compilador converte programas em ling. de alto nível para ling. de máquina, às vezes agregando várias instruções de máquina para simular um comando de alto nível; Interpretador mesma função do compilador, só que vai executando linha a linha.

9 Compilação x Montagem Ler A, B X = A + B se X >= 0 imprimir X Ling. de Alto Nível Compilação FIM GET A GET B LDA A ADD B STA X JN FIM PRT X HLT b b b b b b Ling. de Máquina Montagem Ling. Montada (Assembly)

10 Sistemas de Aplicação: Tradução Linguagem de Alto Nível Programa Fonte Tradutor (Compilador ou Interpretador) Tabela de Instruções de Máquina Bibliotecas Linguagem de Máquina Executável

11 Sistemas de Aplicação: Execução Código executável (Armazenado em disco) Carregamento na Memória Principal Execução

12 Arquitetura de um Sistema de Computação Aplicações & Utilitários Sistema Operacional Basic Input Output System (BIOS) Hardware

13 Arquitetura de Computadores ULA operações aritméticas (+,-,*,/) e lógicas (OR, AND, NOT, XOR) velocidade elevada: soma leva 10-9 s (1ns) Tabelas verdade A B A OR B A AND B A XOR B NOT A

14 Arquitetura de Computadores Memória Principal Armazenar temporariamente dados e programas que estão sendo processados. Todo programa sendo processado deve ser carregado para a memória. Armazena bits 1 byte = 8 bits 1 KB = 1 quilobyte = 1024 bytes 1 MB = 1 megabyte = 1024*1024 bytes 1 GB = 1 gigabyte = 1024*1024*1024 bytes Ex: 64MB de memória = bits

15 Arquitetura de Computadores Memória Principal utilizam memórias semicondutoras na forma de CIs; pinos de entrada, saída, endereçamento e controle A 0 A 1 A 2 A 9... CHIP R/W 0... IN OUT 7 Ex: memória de 1024 (2 10 ) palavras de 1 byte cada +5V

16 Arquitetura de Computadores RAM ( Random Access Memory ) memória volátil de leitura e escrita. As informações são perdidas caso o sistema de alimentação seja interrompido; ROM ( Read Only Memory ) memória não-volátil apenas de leitura. Seu conteúdo é gravado no processo de fabricação; PROM ( Programable ROM ) pode ser gravada apenas uma vez; EPROM ( Erasable PROM ) pode ser apagada e regravada várias vezes.

17 Arquitetura de Computadores Memória Secundária Ex: HD ( Hard Disk )/disco rígido/whinchester, Disquete 3,5, CD-ROM, ZIP DRIVE (JAZZ), Fita DAT, Disk Array Armazena bits para representar caracteres: Ex: códigos ASCII (Windows) e EBCDIC (UNIX) ASCII:? C D A E B F Representação binária

18 Arquitetura de Computadores Tipos de memória: Disco magnético: cabeças de gravação lêem ou gravam dados no revestimento magnético do disco (2 lados). Os discos são organizados em trilhas e setores (formatação); Discos óticos (CD - Compact Disks ): os dados são gravados por meio de inserções de variações na superfície reflexiva. Um feixe laser lê estas irregularidades percorrendo uma espiral; Unidade de fita: a informação é registrada sobre uma película de material magnético;

19 Arquitetura de Computadores Periféricos Entrada: teclado, mouse, unidades de disco, scanner, microfone, leitora óticas, sensores, webcam, etc. Saída: monitor, impressora, plotters, altofalantes, etc.

20 Organização de um Sistema de Computação Memória Principal Dispositivos de Armazenamento Discos Monitor Dispositivos de Entrada e Saída Impressora Outros Unidade Central de Processamento ou Processador Via de Comunicação (Barramentos) Periférico Interface Controlador

21 Organização de um SC ULA: Unidadede Lógicxa e Aritmética ULA UCP Registradores de Uso Geral Cache L1 ACC: Acumulador RI: Registrador de Instrução CP: Contador de Programa REM: Registrador de End. de Memória RDM: Registrador de Dados de Memória ACC RI Decodificador de Instruções CP Memória Cache L2 Memória Principal... Unidade de Controle REM RDM Dispositivos de E/S BC BE BD

22 Arquitetura de Computadores Tipos de computadores Supercomputadores (grande capacidade de processamento, paralelismo, pesquisas científicas): CRAY Mainframes (grande porte, centenas de usuários): IBM, DEC, UNISYS Minicomputadores (versão menor dos mainframes, vários usuários) Microcomputadores (potência limitada, 1 usuário): PC (downsizing!) Cluster: Agrupamento de computadores agregando uma grande capacidade de processamento.

23 Arquitetura de Computadores Quanto ao número de processadores monoprocessamento: apenas 1 processador, 1 memória principal, vários programas podem compartilhar o mesmo processador (ex: timesharing - cada programa tem um tempo para usar o processador); multiprocessamento: mais de um processador, podem compartilhar memória ou não, podem executar vários programas ao mesmo tempo ou dividir um.

24 Componentes Físicos: Placa Mãe

25 Componentes Físicos Placa mãe (Soyo, Triton, Asus, Intel) CPU ou processador (Intel, AMD, Cyrix): Pentium II 300, 333, 400, 450 MHz (já são MMX). Memória principal (SDRAM) (Nec, Toshiba): 64 MB, acesso 60 ns, DIMM, 168 pinos, 66 e 100 MHz. Memória cache: 512 KB ou 1 MB já na placa. Barramento: ISA: 16 bits a 8 MHz, taxa de transferência de 8 MBps. PCI: 32/64 bits a 33/66 MHz: até 132/568 MBps. AGP: próprio (ainda) apenas para interface com placas de vídeo. VL-BUS: semelhante ao PCI, mas está fora de linha. Slots de expansão no barramento: 5 PCIs e 3 ISA, em média.

26 Memórias Memória cache: SRAM ou Static Random Access Memory. Memória Principal: DRAM ou Dynamic RAM: Encapsulamento: SIMM (Single In-Line Memory Module):» 30 pinos (8 bits): quatro módulos para 386 e 486.» 72 pinos (32 bits): dois módulos para Pentium. DIMM (Dual In-Line Memory Module):» de 168 pinos (64 bits): um módulo para Pentium. Tipos de operação: FPM RAM (Fast page Mode). EDO RAM (Extendend Data Out). SDRAM (Synchronous DRAM).

27 Componentes Físicos Interfaces: Serial (COM 1, COM 2, etc): Mouses, fax/modems, scanners. Paralela (LPT 1): Impressora, scanners de mesa e câmeras. IDE (até 2 dispositivos): Discos rígidos, zip drives, drives e gravadores de CD-ROM. SCSI (Small Computer Systems Interface) (8 dispositivos): Discos rígidos, scanners, gravadores de CD-ROM. USB (Universal Serial Bus) (127 dispositivos): Servirá para todos os dispositivos (?). Específicas para disquete, jogos (joystick) e teclado. PS/2: teclados e mouses.

28 Componentes Físicos Monitor (Samsung Synchmaster 3 NE) : SVGA de pelo menos 1024 x 768 pixels, não entrelaçado. Pelo menos de 14 polegadas. Placa de vídeo (Diamond, Trident): 4 MB de memória: true color (16 bits) a 1024 x 768 pixels. CD-ROM (Creative Labs): Velocidade de 40 x, interface IDE ou SCSI. Zip & Jazz Drive (Iomega ou Epson): Discos de 100 MB e 1 GB, internos ou externos. Unidades de fita: Capacidades a partir de 4 GB.

29 Componentes Físicos Mouse (Logitech, Microsoft, Genius): Pode ser serial ou PS/2. Placa de Som (Creative Labs): Deve ser estéreo, de 32 bits e full-duplex. Par de caixas de som (Cretive Labs): Devem ser amplificadas. O kit MM inclui placa de som, caixas e CD-ROM. Scanner (HP ou TCÊ): De mesa, com resolução óptica de 600 dpi ou mais.

30 Componentes Físicos Impressora (HP ou Epson): Jato de tinta colorida, com resolução de 600 dpi. HP 692C, HP 720C, Epson Stylus Color 850. FAX/Modem (US Robotics, Cirrus Logic): Deve ser de ou (V.90) bps. Disco Rígido (Quantum, WDigital, Seagate): 3.2, 4.3, 6.4, 8.4, 10.2 GB. Floppy drive (NEC): 1.44 MB.

31 Componentes Físicos Proteção do Sistema: No-break: Alimenta o sistema em caso de falta de energia elétrica. Utiliza baterias. Fornece energia estabilizada e filtrada. Utilizar apenas em aplicações críticas ou em locais com freqüentes faltas de energia. Estabilizador: Fornece proteção contra variações de voltagem. Inclui o filtro de linha. Filtro de linha: Elimina ruídos de alta freqüência.