Componentes de um Computador: Memória, Unidade Central de Processamento e I/O, Notas de aula de Arquitetura

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Unidade Central de Processamento (CPU)

Processador Bernardo GonçalvesIntrodução ao Computador2008/

Componentes de um Computador (1)
^ Computador Eletrônico Digital^
^ É um sistema

composto por:

^ Memória – Principal e Secundária
^ Unidade Central de Processamento (

CPU – Central Processing

Unit) ou Processador
Unidades de Entrada/Saída (

I/O – Input/Output Unit

^ Barramentos (vias de interligação)

Componentes de um Computador (3)
^ Memória Principal (MP)^
^ Limitada (armazena somente alguns programas e dados).^
^ É a memória de trabalho, nela são carregados todos os programas e dadosusados pela CPU no momento.^
^ Geralmente o seu conteúdo será perdido uma vez que o computador sejadesligado.^
^ Ex.: RAM (

Random Access Memory

)

^ Memória Secundária (MS)^
^ Grande capacidade de armazenamento^
^ Mais lentas do que a MP^
^ Geralmente não-voláteis, permitindo guardar os dados permanentemente.^
^ Ex.: Discos rígidos (HD -

Hard Disk),

CDs, DVDs, disquetes, etc.

Componentes de um Computador (4)
^ Unidade Central de Processamento – Processador^
^ Função: Executar os programas armazenados na MP, buscandocada instrução, interpretando-a e em seguida a executando.^
^ Unidade de Controle (UC)

: busca instruções na MP e determina

o tipo de cada instrução.
Unidade Lógica e Aritmética (ULA)

: realiza um conjunto de

operações necessárias à execução das instruções.
Conjunto (Banco) de Registradores

: pequena memória de alta

velocidade, usada para armazenar resultados temporários e certasinformações de controle.

Componentes de um Computador (6)

Componentes de um Computador (7)
^ Barramentos

(Bus)
^ Função: interconectar os demais elementos básicos.
^ Nesse modelo, é possível transferência direta de dados entre osdispositivos de E/S e a memória
^ Transferência feita por dispositivos especiais^
^ Controlador de

DMA (Direct Memory Access)

ou processador E/S

^ Assumem momentaneamente o controle do barramento e “isolam” acomunicação CPU com a memória e dispositivos E/S.

Componentes de um Computador (10)

Unidade Central de Processamento - CPU (1)
^ O^ processador

é o “cérebro” do computador
^ Função: Executar os programas armazenados na memória principal,buscando cada uma das instruções do programa, examinando-as, eexecutando-as uma após a outra.
^ Gera sinais de controle, além de reconhecer e responder sinaisexternos (

interrupções

^ A CPU é responsável pela

supervisão

e^ controle

de todo o

funcionamento

da máquina e pela realização das operações lógicas e aritméticas sobre os dados
Clock^ (ou Relógio) é a referência de tempo necessária a CPU.^
^ Circuito

eletrônico

oscilador

que^ gera

uma^ forma

de^ onda

quadrada,

essencial para o seqüenciamento das operações eletrônicas realizadas pelaCPU.
Está relacionado com a freqüência (taxa) de operação do processador.

Unidade Central de Processamento - CPU (3)
^ “Seção” de Controle^
^ Contador de Instrução (

Program Counter – PC

): é

quem armazena o

endereço

da (aponta para a)

próxima instrução a ser executada. Determina aseqüência (fluxo) de execução de um programa,endereçando instrução por instrução
Registrador de Instruções (Instruction Register

RI): armazena (contém) a instrução que está sendoexecutada.

Unidade Central de Processamento - CPU (4)
^ “Seção” Lógica e Aritmética^
^ Unidade de Lógica e Aritmética (ULA)

: possui os

circuitos necessários para executar operações lógicas earitméticas.^
^ Exemplos: Somas, subtrações, determinação de sinal,comparações algébricas de números, verificar se um número émaior ou menor que zero, etc.
Possui também pelo menos um registrador encarregadode armazenar números a serem operados pela ULA ouresultados de operações. Esse registrador é chamado de Acumulador (ACC)

.

Ex. 2 (circuitos ULA): Somadores
^ Não se pode imaginar um computador sem um somador
^ Meio-Somador^
^ Adequado para somar os bits de mais baixa ordem de duas palavras

Unidade Central de Processamento - CPU (5)
^ Conjunto (Banco) de Registradores^
^ Memória interna de pequena capacidade dearmazenamento, mas de alta velocidade, usada paraarmazenar resultados temporários e certas informaçõesde controle^
^ Formada por:^

Registradores de uso geral:

acessíveis ao usuário no nível

convencional de máquina
Registradores de uso específico:

acessíveis diretamente

apenas pela UC durante a execução de um programa.

Unidade Central de Processamento - CPU (7)
^ Instruções^
^ São comandos atômicos fornecidos ao computador para que eleexecute uma tarefa específica (soma, teste, desvio, etc)^
^ Uma série dessas instruções constituem um programa.^
^ Cada processador tem um repertório particular de instruções, cujarapidez de execução é um fator determinante na “potência decomputação” (performance) da máquina^
^ Conforme proposto por Von Neumann, as instruções, tal qual osdados,

devem residir na MP

, e dispostas

sequencialmente

^ A seqüência de execução pode ser alterada por

Instruções de

Desvio

Unidade Central de Processamento - CPU (8)
^ Formato das Instruções^
^ OpCode

: identifica a instrução a ser efetuada

^ Op: identifica sobre o que (quem) a instrução manipulará
^ Existem instruções de 1, 2 ou 3 operandos
^ O tamanho do

OpCode^ indica o número máximo de instruções da

máquina.^
^ n bits => até 2

n^ instruções Código da Instrução(^ OpCode

)

Operando -

Op (Informação Complementar)