Arquitetura de Computadores AULA 4 Organização de Sistemas de Computadores s Bits Sumário de Ordem de Bytes Conceitos Básicos Secundária Códigos de Correção de Erros Prof. Edilberto M. Silva Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 2/43 Ordenação dos Bytes Bits Unidade de memória mais simples Método binário (mais confiável) 65.536 combinações BCD Binary Coded Decimal (IBM) 10.000 combinações 1 byte = 8 bits 0 1 Big Endian esquerda direita MEMÓRIA 61 51 CE 94 6151CE94 (32 bits ou 4 bytes) Little Endian direita esquerda MEMÓRIA 94 CE 51 61 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 3/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 4/43 Hierarquia de memória custo alto velocidade alta baixa capacidade custo baixo velocidade baixa capacidade elevada Disco Magnético Fita Disco Óptico Registradores Cache Principal Secundária Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 5/43 Tempo de acesso: indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma informação no barramento de dados após uma determinada posição ter sido endereçada período de tempo decorrido desde o instante em que foi iniciada a operação até que a instrução ou dado requerido tenha sido efetivamente transferido depende do modo como a memória é construída e da velocidade de seus circuitos Ciclo de memória: período de tempo decorrido entre duas operações sucessivas de acesso à memória, sejam de escrita ou de leitura Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 6/43
Capacidade: quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória a unidade de medida mais comum é o byte, embora possam ser usadas as seguintes unidades: células - memória principal ou cache setores - discos bits - registradores Volatilidade: memória não volátil: retém a informação armazenada quando a energia é desligada memória volátil: perde a informação armazenada quando a energia é desligada Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 7/43 Tecnologia de fabricação: s de semicondutores - são dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semi-condutores São rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos Registradores e memória principal são exemplos de memórias de semicondutores ou, mais simplesmente, memórias eletrônicas s de meio magnético - são dispositivos, como os disquetes, discos rígidos ( hard disks ) e fitas magnéticas (de carretel ou de cartucho), fabricados de modo a armazenar informações sob a forma de campos magnéticos Esse tipo é mais barato e permite, assim, o armazenamento de gra nde quantidade de informação Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 8/43 Tecnologia de fabricação: Dispositivos de armazenamento óptico - são dispositivos, como o CD-ROM, que utilizam tecnologia de raios laser, de alta precisão, para leitura das informações armazenadas permanentemente na superfície do disco holográfica - atualmente em desenvolvimento, será um meio capaz de armazenar até 6,5 Tbytes de dados em um cubo do tamanho de um cubinho de açúcar Temporalidade: Característica que indica o conceito de tempo de permanência da informação em um dado tipo de memória A memória pode ser do tipo transitória (registradores, cachee ) ou permanente (discos e fitas) Custo: o custo de fabricação de uma memória é bastante variado em função de diversos fatores, entre os quais se pode mencionar principalmente a tecnologia de fabricação, que redunda em maior ou menor tempo de acesso, ciclo de memória, quantidade de bits em certo espaço físico e outros Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 9/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 10/43 Tempo de Acesso Capacidade Volatilidade Tecnologia Registradores 10 a 20 ns (1 dado) 16 a 32 bits volátil semicondutor Cache 10 a 25 ns 256 a 512 K volátil semicondutor Principal 50 a 150 ns > 16 M volátil semicondutor Secundária HD - 10 a 40 ms CD - 200 a 500 ms HD - > 2.1 G CD - 650 M não volátil HD - magnético CD óptico Organização da A é constituída de somente dois tipos de memória: a memória de acesso aleatório (RAM - Random Access Memory ) a memória somente de leitura (ROM - Read Only Memory) é o "depósito" de trabalho da, isto é, a e a trabalham íntima e diretamente na execução de um programa Os programas são organizados de modo que os comandos são descritos seqüencialmente e o armazenamento das instruções se faz da mesma maneira, fisicamente seqüencial (embora a execução nem sempre se mantenha de forma seqüencial) Transitoriedade transitória transitória transitória permanente Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 11/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 12/43
Bit M-1 Bit M-2 Bit 1 Bit 0 end 0 end 1 end 2... Organização da end 257A end 257B N células 1F 2C Processador 8088 Organização da Palavra 16 bits Barramento de dados 8 bits Unidade de armazenamento 8 bits end N- 2 end N- 1... Todas as células têm a mesma quantidade de A posição da com endereço 257A tem armazenado o conteúdo 1F 80486 Pentium 32 bits 32 bits 32 bits 64 bits 8 bits 8 bits Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 13/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 14/43 Estrutura básica Escrita ("write"): armazenar informações na memória Leitura ("read"): recuperar uma informação armazenada na memória Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 15/43 Operações Registrador de da (): registrador que armazena temporariamente a informação (conteúdo de uma ou mais células) que está sendo transferida da para a (em uma operação de leitura) ou da para a (em uma operação de escrita) Permite armazenar a mesma quantidade de bits do barramento de dados Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 16/43 Operações Registrador de da (): registrador que armazena temporariamente o endereço de acesso a uma posição de memória, ao se iniciar uma operação de leitura ou de escrita Endereço é encaminhado à área de controle da para decodificação e localização da célula desejada Permite armazenar a mesma quantidade de bits do barramento de endereços Operações Barramento de endereços: interliga o à para transferência dos bits que representam um determinado endereço É unidirecional operações de leitura ou escrita Possui tantas linhas de transmissão quantos são os bits que representam o valor de um endereço Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 17/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 18/43
Operações Barramento de controle: interliga a (unidade de controle) à para passagem de sinais de controle durante uma operação de leitura ou escrita É bidirecional leitura (READ) ou escrita (WRITE) WAIT (para a se manter aguardando o término de uma operação) Operações Barramento de dados: interliga o à, para transferência de informações entre e (sejam instruções ou dados) É bidirecional (operação de escrita) (operação de leitura) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 19/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 20/43 Operação de leitura Algoritmo: 1. () (outro registrador); 1a. o endereço é colocado no barramento de endereços; 2. Sinal de leitura READ é colocado no barramento de controle; 3. () (()), pelo barramento de dados; 4. (outro registrador) (). Obs: o tempo de acesso corresponde à execução dos 4 passos. Operação de leitura Outros registradores Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 21/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 22/43 Operação de leitura (passo 1) Operação de leitura (passo 1a) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 23/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 24/43
Operação de leitura (passo 2) Operação de leitura (passo 3) READ WAIT READ WAIT READ WAIT Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 25/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 26/43 Operação de leitura (passo 4) Operação de escrita Algoritmo: 1. () (outro registrador); 1a. o endereço é colocado no barramento de endereços; 2. () (outro registrador) 3. Sinal de escrita WRITE é colocado no barramento de controle; 4. (()) (), pelo barramento de dados. Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 27/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 28/43 Operação de escrita Operação de escrita (passo 1) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 29/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 30/43
Operação de escrita (passo 1a) Operação de escrita (passo 2) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 31/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 32/43 Operação de escrita (passo 3) Operação de escrita (passo 4) WRITE WAIT WRITE WAIT WRITE WAIT Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 33/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 34/43 Operação de escrita (passo 4) Cache mais veloz que acarretando ( wait state ) s rápidas são muito caras Conceito de localidade É o fenômeno relacionado com o modo pelo qual os programas em média são escritos e executados pela localidade temporal: probabilidade de que ele em breve acesse a mesma palavra novamente localidade espacial: probabilidade de acessar uma palavra subseqüente ou de endereço adjacente à palavra que acabou de acessar Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 35/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 36/43 36/88
Parte 1 do programa A Parte 2 do programa A Cache outro programa executado em sequência call sub-rotina 1 loop 1 loop 2 sub-rotina 1 Cache Funcionamento do sistema / Sempre que a vai buscar uma nova instrução (após a busca inicial), ela acessa a memória cache Se a instrução (ou dado) estiver na cache (acerto), ela é transferida em alta velocidade (compatível com a da ) Se a instrução (ou dado) não estiver na cache (falta), então o sistema está programado para interromper a execução do programa e transferir a instrução desejada da para a cache Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 37/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 38/43 Secundária Discos magnéticos (Winchester) Pratos Trilhas Setores Preâmbulo ECC Discos Discos flexíveis Magnéticos Secundária IDE Integrated Drive Electronics EIDE Extended IDE (LBA-Logical Blocking Adressing ) SCSI Small Computer Systema Interface RAID Redundant Array of Inexpensive Disks Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 39/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 40/43 Discos Ópticos ROMS CD-Rs - Graváveis Secundária CD-RW ReWritable ECC Error Correction Code Bit de paridade de Entrada Correção de Erros Armazenamento A K1 bits (M+K1 bits) DVD Digital Versatile Disk Transferência (M+K1 bits) A (K2 bits) Comparação K1-K2 Correção de Saída Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 41/43 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 42/43
F I M Perguntas... Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 43/43