ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES MÓDULO 7

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1 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES MÓDULO 7

2 Índice 1. A Organização do Computador Processadores

3 1. A ORGANIZAÇÃO DO COMPUTADOR Um computador digital consiste em um sistema interconectado de processadores, memórias e dispositivos de entrada e saída. Essas são as três categorias básicas de componentes de um computador moderno. Cada elemento de um computador qualquer se encaixará em uma dessas classificações. Vamos analisar em seguida cada uma delas. 1.1 PROCESSADORES A unidade central de processamento (UCP ou CPU Central Processing Unit) é o centro do computador. A execução de um programa normalmente consiste em trazer um programa de um dispositivo de armazenamento (disco, por exemplo) para a memória principal. Da memória principal, o programa é transferido para a CPU, uma instrução por vez. Dentro da CPU é que o verdadeiro processamento ocorre, onde as instruções serão interpretadas e executadas. Como podemos ver na figura seguinte, todos esses elementos se comunicam por meio de um barramento. Figura 17. A organização de um computador simples. Como podemos ver também na figura, internamente a CPU é composta por várias partes distintas. A unidade de controle é responsável por buscar instruções na memória e determinar seu tipo. A unidade lógica e aritmética executa operações matemáticas simples como adição e E booleano. A CPU também contém uma pequena quantidade de memória de alta velocidade, que é utilizada na execução de instruções. Essa memória é 3

4 organizada em registradores. Cada registrador tem um tamanho fixo (comprimento em bits) e um propósito específico, como o contador de programa (PC program counter). A função do PC é identificar qual a próxima instrução a ser trazida para a CPU do programa em execução. A organização da CPU é detalhada na figura abaixo. Os registradores e a ULA formam um caminho de dados. Figura 18. Um exemplo de caminho de dados Os dados são movimentados dos registradores para um ou dois registradores que alimentam a ULA e deles para a própria ULA através de um barramento que interconecta esses elementos. A ULA realizará as operações matemáticas mais básicas, como soma e comparação, e moverá o resultado para um registrador de saída. Posteriormente, o conteúdo desse registrador será movido para outro registrador e de lá para a memória principal. Neste ponto, podemos estabelecer a distinção entre dois tipos diferentes de instruções: instruções registrador-registrador e instruções registradormemória. As primeiras dependem apenas dos dados que estão armazenados na CPU, e as segundas precisam buscar dados da memória principal, pelo barramento. O processo de submeter dois valores à ULA e obter um resultado é chamado de ciclo do caminho de dados. Esse ciclo é o núcleo da maioria 4

5 das CPUs, pois determina o que ela pode fazer. Quanto mais rápido a CPU conseguir executar esse ciclo, mais rápido se dará o processamento. Além do ciclo do caminho de dados, interno à CPU, temos o ciclo externo, que determina como a CPU interage com os dados que estão fora dela, na memória principal. A CPU executa cada instrução em uma série de pequenos passos: 1. Trazer a próxima instrução da memória até o registrador; 2. Alterar o contador de programa para indicar a próxima instrução; 3. Determinar o tipo da instrução; 4. Se a instrução necessitar de uma palavra da memória, determinar onde essa palavra está; 5. Trazer a palavra para dentro de um registrador da CPU, se necessário; 6. Executar a instrução; 7. Voltar à etapa 1 para iniciar a execução da instrução seguinte. Essa sequência costuma ser denominada ciclo buscar-decodificarexecutar. É fundamental para a operação de todos os computadores. Lembre-se de que o programa é armazenado na memória na forma de instruções que o processador consiga interpretar. Voltando à máquina multiníveis, o programa escrito originalmente em linguagem de alto nível sofreu vários níveis de tradução antes que pudesse ser executado diretamente pelo processador. 5