Memória. Arquitetura de Von Neumann. Universidade do Vale do Rio dos Sinos Laboratório I Prof.ª Vera Alves 1 CPU. Unidade de controle ULA

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Alfredo Coradelli Garrau
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1 Universidade do Vale do Rio dos Sinos Laboratório I Prof.ª Vera Alves 1 Arquitetura de Von Neumann CPU Unidade de controle Unidade de entrada Unidade de saída ULA Von Neumann era um gênio. Falava muitos idiomas, era especialista em ciências físicas e matemáticas e tinha uma memória privilegiada. A arquitetura proposta por Von Neumann tinha como principal característica o armazenamento de programas no mesmo espaço de memória que os dados, permitindo assim que fosse abandonada a difícil e lenta programação de computadores via interruptores e cabos. Esta arquitetura ainda é hoje (mais de meio século depois) a base de quase todos os computadores digitais. A máquina de Von Neumann tinha cinco partes básicas, conforme a figura acima. A seguir, uma breve descrição das unidades básicas: 1 material alterado com a permissão do professor Gerson Cavalheiro. Laboratório I - Introdução Prof.ª Vera Alves Página 1

2 - Unidade Central de Processamento - UCP (em inglês, Central Processing Unit - CPU). É a responsável pelo processamento e execução dos programas armazenados na memória principal. As funções da UCP são: executar as instruções e controlar as operações no computador. - Unidade Lógica e Aritmética - ULA (em inglês, Arithmetic Logic Unit - ALU), tem por função a efetiva execução das instruções aritméticas e lógicas. - Unidade de Controle UC. Tem por funções a busca, interpretação e controle de execução das instruções, e o controle dos demais componentes do computador. - Unidades de entrada/saída chamados de dispositivos de E/S. Permitem a troca de informações com o exterior. Um exemplo de um dispositivo de entrada é o teclado. Um exemplo de um dispositivo de saída é o monitor que exibe números, textos e imagens em uma tela de vídeo. - principal também conhecida como memória RAM. Armazena, temporariamente, programas e dados. A unidade mínima de informação é o BIT ( BInary digit ). Um agrupamento de 8 bits é o Byte. A capacidade de memória é dada em bytes, conformr especificado abaixo: 1 Byte = 8 bits 1 KB (Kilobyte ou Kbyte) = 2 10 = 1024 bytes 1 MB (Megabyte) = 2 20 = 1 KB * 1 KB = bytes 1 GB (Gigabyte) = 2 30 = 1 KB * 1 MB = bytes 1 TB (Terabyte) = 2 40 = 1 KB * 1 GB = bytes - Linguagens de programação, compilador, interpretador Os computadores não entendem nada além de comandos (ou instruções), dados e endereços escritos em linguagem binária. Para que um programa possa ser executado pelo hardware de um computador, ele deve ser constituído de uma seqüência de instruções de máquina (em código binário) e estar armazenado em células sucessivas na memória principal. A UCP é responsável pela execução das instruções que estão na memória. A linguagem de máquina é composta de códigos binários, representando instruções, endereços e dados e é totalmente dependente do processador. As linguagens de programação de alto nível são constituídas por comandos fáceis de lembrar e funções já prontas. O compilador é programa que permite transformar este código escrito na linguagem de programação de alto nível na linguagem de máquina, gerando o código binário que pode ser executado. O programa elaborado pelo programador (conhecido como programa fonte ou código fonte) precisa ser "traduzido" em pequenas operações elementares (primitivas) executáveis pelo hardware gerando assim o chamado programa objeto. Normalmente o código objeto gerado por um compilador deve ser submetido a um montador (também conhecido como linkeditor), o qual pode ser executado por um computador. Observe que o código executável produzido não é portável: diferentes compiladores/montadores são construídos para as diferentes arquiteturas de processadores diferentes famílias de processadores possuem conjuntos distintos de instruções. É importante notar que o compilador somente gera com sucesso o arquivo objeto caso não tenha sido encontrado nenhum erro sintático no programa fonte, ou seja, não houve nenhum emprego incorreto de nenhum elemento da linguagem de programação utilizada. Laboratório I - Introdução Prof.ª Vera Alves Página 2

3 Um interpretador é um programa que recebe como entrada um arquivo contendo um programa fonte. O interpretador é capaz de ler, linha a linha o arquivo de entrada e executar, uma a uma, as instruções que ele contém. Assim, um programa fonte pode ser executado em qualquer computador, bastando que exista o interpretador disponível. Note, no entanto, que a execução de um programa sobre um interpretador é mais lenta que um programa compilado, uma vez que cada linha precisa ser decodificada antes de ser executada. Assim, pode ocorrer que, caso haja alguma linha de código mal codificada (não respeitando o que foi definido na linguagem de programação utilizada), o programa termina sua execução abruptamente em erro. Processo de compilação: Programa fonte Exemplo de nome: teste.c Código executável Exemplo de nome: teste.exe Compilador Montador Arquitetura Execução Código objeto Exemplo de nome: teste.obj. Laboratório I - Introdução Prof.ª Vera Alves Página 3

4 Processo de Interpretação: P ro g ra m a fo n te E x e m p lo d e n o m e : te ste.b a s In terp re ta d o r E x ec u ç ã o - E em Java? Java é uma linguagem compilada. No entanto, seu compilador não gera código para um processador específico, mas sim para uma máquina virtual Java (conhecida como JVM Java Virtual Machine), conforme esquema na figura abaixo. Os programas escritos em Java são, portanto portáveis sobre todos os computadores para os quais existir uma implementação da JVM. Desta forma, Java goza tanto do beneficio das linguagens compiladas, uma vez que a execução de um programa não corre o risco de ser abortada devido a um erro de sintaxe no seu código, e das linguagens interpretadas, uma vez que executa sobre uma máquina virtual que tem um comportamento semelhante a um interpretador. Programas Java são constituídos de classes. Os membros de uma classe são os atributos (ou campos) e os métodos. O programador pode, além de escrever suas próprias classes, usar as classes prontas da biblioteca Java (conhecida como API). Laboratório I - Introdução Prof.ª Vera Alves Página 4

5 P r o g r a m a f o n t e E x e m p l o d e n o m e : t e s t e. j a v a C o m p i l a d o r j a v a c E x e c u ç ã o M á q u i n a v i r t u a l ( J V M ) j a v a C ó d i g o o b j e t o ( b y t e c o d e ) E x e m p l o d e n o m e : t e s t e. c l a s s - Ambiente de desenvolvimento Java - Os programas Java passam por cinco fases: edição, compilação, carga, verificação e execução. ( Java: como programar, Deitel) O que Quem Onde Fase 1: Edita Editor Disco O programa é criado em um editor e armazenado em um arquivo com a extensão.java Fase 2: Compila Compilador Disco O compilador lê o arquivo.java e traduz o programa fonte em bytecodes e armazena em um arquivo com a extensão.class Fase 3: Carrega Carregador de classes principal O carregador lê arquivos.class e carrega os bytecodes na memória Fase 4: Verifica Verificador de bytecode principal O verificador de bytecodes confirma a validade dos bytecodes quanto às restrições de segurança do Java Fase 5: Executa JVM principal A máquina virtual executa as ações especificadas pelos bytecodes. Laboratório I - Introdução Prof.ª Vera Alves Página 5

6 - Erros Erro de compilação ou de sintaxe é um erro que ocorre quando alguma regra da linguagem de programação é violada. Este erro é detectado pelo compilador, o qual interrompe o processo de tradução e notifica o programador através de uma mensagem. Neste caso o arquivo contendo o bytecode não é gerado. Erro de execução ocorre durante a execução do programa (em bytecode), que é interrompida e uma exceção (exception) é lançada. Detectado pela JVM. Erro de lógica o programa foi corretamente compilado e executado, porém, o resultado obtido não é o desejado. Detectado pelo programador ou pelo testador ou até mesmo pelo usuário final. Inicio o programa é salvo em um arquivo.java Digitar o programa no editor (programa fonte) submeter o programa fonte ao compilador Javac voltar ao editor para corrigir o erro de lógica ou de execução voltar ao editor para corrigir o erro de sintaxe ou execução ou lógica. não compilou? sim este arquivo pode ser submetido à execução pela JVM o compilador gera o arquivo.class (bytecode) Execução após vários testes, sem erros, encerra o processo. erros? não sim Laboratório I - Introdução Prof.ª Vera Alves Página 6

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