Sistemas Operacionais Arquitetura de Computadores Parte I.
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Sistemas OperacionaisArquitetura de Computadores
Parte I
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Arquitetura de Computadores
• Arquitetura de Computadores (ou Organização de Computadores) é estrutura como são organizados os módulos funcionais de um computador, como processador, memória, entrada/saída, etc.
• Pode também denotar as propriedades lógicas e abstratas dos computadores, em conjunto com os métodos de projeto utilizados para implementar estas características
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Arquitetura de Computadores
• Questões estudadas:– O conjunto de instruções disponíveis– Os tipos de dados utilizados– A organização da memória– O projeto dos módulos funcionais e questões de
desempenho– A maneira como os módulos são interconectados– Qual e como a informação trafega entre os módulos
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Arquitetura Von Neumann
• Módulos básicos:– O processador, também conhecido como CPU
(Central Processing Unit, ou Unidade Central de Processamento), é responsável pela realização de todo o processamento
– A memória principal, utilizada para armazenar programas e dados
– O barramento, que é o canal de comunicação entre o processador e a memória
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Arquitetura Von Neumann
CPUMEMÓRIA PRINCIPAL
BARRAMENTO
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Arquitetura Von Neumann
CPUMEMÓRIA PRINCIPAL
BARRAMENTOBARRAMENTO
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Arquitetura Von Neumann
CPUMEMÓRIA PRINCIPAL
BARRAMENTO
UUNIDADE DE E/S
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Arquitetura Von Neumann
CPUMEMÓRIA PRINCIPAL
BARRAMENTO
UUNIDADE DE E/S
BARRAMENTO
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Construção de Computadores
• Computadores são fabricados a partir de componentes eletrônicos, como transistores, diodos, capacitores, etc.
• Componentes são miniaturizados em circuitos integrados (CIs) feitos com materiais semicondutores, como o silício
• CIs são encapsulados em chips, que podem assumir várias funções, como CPU, memória, unidade de E/S, entre outras
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Chip
• Chips também são utilizados em várias máquinas e equipamentos, como automóveis ou fornos microondas
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Placas
• Os principais componentes de um computador (chips, barramento e outros componentes eletrônicos) são agrupados em placas
• Funções das placas:– Placa-mãe (IBM-PC): contém a CPU e a memória– Placa de vídeo: exibe informações na tela– Placa de Fax/Modem: transmissão de dados através
de linhas telefônicas– Placa de Som: produz sons de alta qualidade
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Placas
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CPU
• Unidade Central de Processamento - UCP• A CPU é o “cérebro” do computador• Executa programas armazenados na memória
principal, buscando as instruções, examinando-as, e então executando uma após outra
• ATENÇÃO: O gabinete do computador, onde ficam localizados, placa-mãe, fonte, discos, além de outros componentes é erroneamente chamado de CPU
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Componentes da CPU
• Unidade de Controle: busca as instruções da memória e determina o seu tipo (adição, subtração, comparação, etc.)
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA ou ALU): executa efetivamente as operações lógicas (comparações) e aritméticas (adição, etc.)
• Registradores: formam uma memória pequena, de alta velocidade, usada para armazenar resultados temporários e informações de controle
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Execução de um programa na CPU
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Registradores
• Registradores gerais para dados temporários: A, B, C, D, etc.
• Registradores de controle: PC, IR, SP, etc.• Contador de Programa (PC)
– indica qual a próxima instrução a ser executada (na realidade, ele contem o endereço da próxima instrução). O nome “contador de programa” é um pouco enganador, porque ele não é realiza contagem
• O Registrador de Instruções (IR)– contém a instrução que está sendo executada.
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• 1a. etapa: Busca da instrução na memória (“FETCH”)– REM PC– read– RDM (REM)– PC PC + n
• 2a. etapa: Decodificação da instrução– RI RDM– Ocorre a decodificação do conteúdo de RI na
UC
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• 3a. etapa: Busca dos operandos da instrução (se houver)– REM endereço do operando - UC– read– RDM (REM)– PC PC + n
• 4a. etapa: Execução da instrução – depende da instrução
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Exemplo• O que acontece com os registradores da
CPU na execução da seguinte instrução: MOV AL,07h ?
Ação Assembly Etapa1 PC 01h Inicio2 REM PC Fetch3 RDM (REM) Fetch4 PC PC + 1 Fetch5 RI RDM Decodifica6 REM PC Busca Operando7 RDM (REM) Busca Operando8 PC PC+1 Busca Operando9 AL RDM Executa
End Cont Bin01h MOV AL 100002h 07h 011103h ...04h ...
RAM
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ISA - Instructions Set Architecture
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Resumo1. Busca instrução da memória para o registrador
de instrução (IR)2. Atualiza o contador de programa (PC) para que
ele aponte para a instrução seguinte3. Determina o tipo da instrução4. Se a instrução usa dados na memória, determina
onde eles estão5. Busca os dados, se houver algum, para os
registradores internos da CPU6. Executa a instrução7. Armazena os resultados em locais apropriados8. Volta ao passo 1 para iniciar a execução da
próxima instrução
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Conjunto de Instruções
• A coleção de todas as instruções disponíveis ao programador (a nível de máquina) é chamada de conjunto de instruções daquela CPU
• O número de instruções varia de máquina para máquina, dependo das decisões do seu projeto
• Nem todos os processadores são CPUs• Alguns processadores possuem conjuntos de
instruções com finalidades específicas, como processadores aritméticos ou gráficos