Modelo de Von Neumann: conceito do programa armazenado

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1 Arquitetura de computador Modelo de Von Neumann: conceito do programa armazenado Arquitetura de Von Neuman A arquitetura de computador proposta por Von Neumann é composta basicamente por: Computadores que possuem quatro componentes principais: Unidade Central de Processamento (UCP), a memória e os dispositivos de entrada e saída. Tais componentes são interconectadas por barramentos. Todos estes itens constituem o hardware de um computador (seu conjunto de componentes físicos), os quais são agrupados em módulos específicos, constituindo a estrutura básica de um computador. UCP: sigla representativa de Unidade Central de Processamento. Podemos dizer que se trata do componente principal do computador. Algumas pessoas chamam de processador ou microprocessador. É responsável pela execução de dados e instruções armazenadas em memória (código de programas e dados).

2 Componentes da UCP (ou CPU): Unidade Aritmética e Lógica (ULA) responsável por realizar as operações matemáticas e lógicas com os dados. Unidade de Controle (UC) dispositivo mais complexo da CPU. Busca de instruções na memória principal. Controla a ação da ULA e realiza a movimentação de dados e instruções de e para a CPU. Memória: existem diversos tipos de memória em um computador (ex.: RAM (principal), ROM, cache, registradores), mas existe uma delas denominada memória principal, a qual é indispensável. A memória principal é tão importante quanto à CPU, pois sem ela não seria possível disponibilizar os programas e seus dados para o processamento pela CPU. Portanto, a memória é responsável por armazenar todos os programas que são executados no computador e os dados que utilizam. Memórias voláteis: são as que requerem energia para manter a informação armazenada, ao contrário das memórias permanentes. PROCESSADOR: busca dado e instruções de onde estiverem armazenadas e os deposita, temporariamente, em seu interior para que possa realizar as operações solicitadas, utilizando seus demais componentes (seria análogo à função memória de uma calculadora). Os dispositivos denominados registradores são os locais onde esse conteúdo fica armazenado.

3 Assim, o conceito de registrador surgiu da necessidade do processador de armazenar, temporariamente, dados intermediários durante um processamento. Por exemplo: quando um dado resultado de operação precisa ser armazenado até que o resultado de uma busca da memória esteja disponível, para com ele realizar uma nova operação. Os registradores são dispositivos de armazenamento temporário (volátil), localizados no interior do processador (CPU). RAM (Random Access Memory): mémória principal do computador. Armazena instruções que estão sendo executadas e os dados necessários à sua execução. É uma memória de leitura e escrita (read/write) de rápido acesso, acesso aleatório e volátil (em caso de falta de energia elétrica ou desligamento do computador, há perda de informações). CACHE: tipo de memória RAM. Mais rápida. Serve para acelerar o processamento e armazenar as instruções e os dados mais requisitados. ROM (Read Only Memory): armazena informações para iniciar o computador. Memória de leitura e não volátil com pequena capacidade de armazenamento e, geralmente, depois de gravada, a ROM não pode ser mais regravada pelo usuário. Dessa forma, as memórias ROM são aplicadas em um computador para armazenar três programas principais (TORRES, 2010): a) BIOS (Basic Input Output System): ou Sistema Básico de Entrada e Saída, é responsável por ensinar o processador da máquina a operar com os dispositivos básicos de entrada e saída. b) POST (Power On Self Test): Autoteste programa de verificação e teste que é executado após ligar o computador, realizando diversas ações sobre o hardware (ex.: contagem de memória).

4 c) SETUP: Programa que altera os parâmetros armazenados na memória de configuração (CMOS). De acordo com Alecrim (2010), as memórias ROM podem ser classificadas em: a) PROM (Programmable Read-Only Memory): este é um dos primeiros tipos de memória ROM. A gravação de dados neste tipo é realizada por meio de aparelhos que trabalham através de uma reação física com elementos elétricos. Uma vez que isso ocorre, os dados gravados na memória PROM não podem ser apagados ou alterados. b) EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory): as memórias EPROM têm como principal característica a capacidade de permitir que dados sejam regravados no dispositivo. Isso é feito com o auxílio de um componente que emite luz ultravioleta. Nesse processo, os dados gravados precisam ser apagados por completo. Somente após esse procedimento uma nova gravação pode ser realizada. c) EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory): este tipo de memória ROM também permite a regravação de dados, no entanto, ao contrário do que acontece com as memórias EPROM, os processos para apagar e gravar dados são feitos eletricamente, fazendo com que não seja necessário mover o dispositivo de seu lugar para um aparelho especial para que a regravação ocorra. d) EAROM (Electrically-Alterable Programmable Read-Only Memory): as memórias EAROM podem ser vistas como um tipo de EEPROM. Sua principal característica é o fato de que os dados gravados podem ser alterados aos poucos, razão pela qual esse tipo é geralmente utilizado em aplicações que exigem apenas reescrita parcial de informações. e) Flash: as memórias Flash também podem ser vistas como um tipo de EEPROM, no entanto o processo de gravação (e

5 regravação) é muito mais rápido. Além disso, memórias Flash são mais duráveis e podem guardar um volume elevado de dados. Trata-se do tipo de memória utilizada em pen-drive. f) CD-ROM, DVD-ROM e afins: essa é uma categoria de discos ópticos onde os dados são gravados apenas uma vez, seja de fábrica, como os CDs de músicas, ou com dados próprios do usuário, quando este efetua a gravação. Há também uma categoria que pode ser comparada ao tipo EEPROM, pois permite a regravação de dados: CD-RW e DVD-RW e afins. MEMÓRIA SECUNDÁRIA Usada para armazenar grandes quantidades de informações como, por exemplo, discos rígidos, discos flexíveis, Zip Drive, CD ROM, pendrive. GERÊNCIA DE MEMÓRIA A maioria dos computadores trabalha com o conceito de hierarquia de memória, possuindo uma pequena quantidade de memória cache, muito rápida, uma quantidade de memória principal (RAM) e uma quantidade muito grande de memória de armazenamento em disco (HD), considerada lenta. O problema básico para o gerenciamento de memória é que os programas atuais são muito grandes para rodarem, completamente, na memória cache. O gerenciador de memória deve ser capaz de controlar que parte da memória está em uso (e quais não estão), alocar memória para processos quando eles necessitam e desalocar quando eles terminam e, principalmente, gerenciar a troca entre a memória principal e o disco, quando a memória principal é muito pequena para armazenar todos os processos. Existem dois tipos de memória principal: a memória lógica e a memória física. A memória lógica é aquela manipulada pelos programas, ela é visível para os programas. Sempre que um programa necessita alocar um espaço na memória, esse espaço é alocado em memória lógica. A memória física é

6 aquela implementada pelos circuitos integrados, é nela que os espaços alocados em memória lógica vão realmente residir, portanto a memória física tem tamanho menor que a memória lógica, geralmente. Para isso, é necessário realizar uma tradução de endereços lógicos para endereços físicos, pois, assim, um programa que aloca uma memória lógica pode ter de fato uma memória física alocada para si. Esse processo de tradução de endereços lógicos em endereços físicos é realizado por uma unidade de gerência de memória chamada MMU (Memory Management Unit). Dispositivos de Entrada e Saída (E/S): são dispositivos responsáveis pelas entradas e saídas de dados, ou seja, pelas interações entre o computador e o mundo externo (usuários). São exemplos de dispositivos de E/S: monitor de vídeo, teclado, mouse, webcam, impressora, entre outros. DISPOSITIVOS DE ENTRADA DISPOSITIVOS DE SAÍDA DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA Barramento: é responsável por interligar todos os componentes listados acima. Trata-se de uma via de comunicação composta por diversos fios ou condutores elétricos por onde circulam os dados manipulados pelo computador.