Tópicos Avançados em Sistemas Computacionais: Infraestrutura de Hardware Aula 06

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1 Tópicos Avançados em Sistemas Computacionais: Infraestrutura de Hardware Aula 06 Prof. Max Santana Rolemberg Farias Colegiado de Engenharia de Computação

2 COMO UM PROGRAMA ESCRITO EM UMA LINGUAGEM DE ALTO NÍVEL É ENTENDIDO E EXECUTADO EM HARDWARE? 2

3 Que Linguagem o Hardware Entende? O Hardware entende somente sinais elétricos O alfabeto da linguagem entendida pelo HW possui dois valores: Ligado (on) e desligado (off) 0 s e 1 s (binários) Instruções de um computacional são sequências de números binários

4 Abstraindo a Linguagem de Máquina Escrever programas em linguagem de máquina é impraticável... Para abstrair a linguagem de máquina, alguns conceitos de hardware foram abstraídos para que ser humano pudesse instruir o computador Surgindo assim as linguagens de programação 4

5 Linguagens de Programação Os programas têm que ser escritos em uma linguagem de programação (alto nível). Que possa ser traduzida para a linguagem entendida pelo hardware A = 10; A = A + 1?

6 Nível de Abstração de Linguagens Linguagens de programação variam de acordo o nível de abstração Homem/Linguagem humana Linguagem de alto nível Linguagem de montagem Linguagem de máquina Hardware 6

7 Nível de Abstração de Linguagens Linguagens de programação variam de acordo o nível de abstração Pode ser classificada em 3 níveis: Linguagem de máquina Linguagem de montagem Linguagem de alto nível 7

8 Como o Computador Entende um Programa? Deve traduzir um programa para a linguagem de máquina. Compilador: Programa que traduz o código-fonte de uma determinada linguagem de alto nível para outra linguagem destino de baixo nível Interpretador: Programa que traduz instruções por instruções de um código-fonte em linguagem de máquina e imediatamente executa a instrução. 8

9 Compilação x Interpretação Compilação Interpretação A = 10 A = 10; A = A + 1 Compilador A = 10; A = A + 1 Interpretador A = A

10 QUAL É A INTERFACE ENTRE SW E HW E COMO O SW INSTRUI O HW A EXECUTAR O QUE FOI PLANEJADO? 10

11 Interface HW/SW Repertório de Instruções da Arquitetura Última abstração do HW vista pelo SW Provê a informação necessária para que se escreva um código em linguagem de montagem que execute corretamente a arquitetura Instruções Registros Acessos a memória Entrada/Saída Softwares Instruction Set Architecture (ISA) Hardware

12 Visão Funcional de um Computador O HW de um sistema computacional deve poder realizar 4 ações: Mover dados; Armazenar dados; Processar dados; Controlar as ações. Armazenar dados Controlar ações Ambiente de operação Processar dados Mover dados 12

13 Mapeando Funcionalidades de um Computador Ambiente de operação CPU Memória Principal Controlar ações Mover dados Rede de interconexão (Barramento) Armazenar dados Processar dados Armazenamento Secundário Dispositivos de Entrada e Saída 13

14 Como Funciona um Computador? Conceitos básicos para funcionamento de um computador: Dados e instruções são armazenados na memória Para simplificar vamos considerar uma única memória para dados e instruções Conteúdo da memória é acessado através de um endereço (não importando o tipo de dados) Execução ocorre de maneira sequencial 14

15 Visão do Processamento das Instruções A CPU faz continuamente 3 ações: 15

16 Detalhes de uma CPU A CPU possui registradores PC (Program counter): Contém o endereço das instrução a ser executada IR (Instruction Register): Contém a instrução executada AC (Acumulator): Contém o operando Outros Repertório de instruções 16

17 Formato dos Dados e das Instruções O formato dos dados Sinal Magnitude O formato das instruçõs: Opcodes Endereço Depende da palavra da memória (x bits) 17

18 Exemplo Executando um Programa Executando um programa em um computador hipotéticos e 16 bits Formato de dados 1 bit de sinal 14 bits de magnitude Formato de instrução 4 bits de opcodes (2^4 = 16 instruções) 12 bits de endereço(2^12 = 4 Kb) 18

19 Exemplo Executando um Programa (continuação) Repertório de instruções Opcode Significado Descrição 0001 AC <- Mem. Carrega em AC conteúdo de memória 0010 Mem. <- AC Salva na memória conteúdo de AC 0101 AC <- AC + Men. Soma a AC conteúdo de memória 19

20 Exemplo Passo a Passo da Execução Memória Registradores 300h 301h PC 300h 301h 1940h 5941h 0003h AC 302h 2941h 1940h IR 940h 941h 0003h 0002h Opcode = 1h = 0001 = AC <- Mem. Endereço de Mem. = 940h 20