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Funcionamento Interno dos Computadores (CPU e Memória)
Profa. M.Sc. Yáskara [email protected]
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO – UFERSADEPERTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS
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Objetivos
Identificar os componentes da unidade central de processamento e explicar como eles funcionam em conjunto e como interagem com a memória.
Descrever como as instruções de programa são executadas pelo computador.
Explicar como os dados são representados no computador.
Descrever como o computador localiza instruções e dados.
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O que é um Computador ?
O que é um Computador ?
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Estrutura do computador
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Os computadores atuais são dispositivos eletrônicos que, sob direção e controle de um programa, executam quatro operações fundamentais:
Entrada (Input)
Processamento (Processing)
Saída (Output)
Armazenamento (Storage)
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Estrutura do computador
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Entrada
Entrada: são os dados colocados no computador para ser processados.
Dispositivos de entrada comuns:– Teclado– Mouse– Scanner
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Saída
Saída: o resultado produzido pela CPU. Formas comuns de saída: texto, números,
gráficos e sons. Dispositivos comuns de saída:
– Tela (monitor): pode exibir texto, números, fotografias e até mesmo vídeo, totalmente em cores.
– Impressora: produz relatórios impressos conforme as instruções de um programa.
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Armazenamento de Dados
Dois tipos de armazenamento:– Armazenamento secundário:
• Armazenamento de longo prazo.• Armazenado em mídia externa;
por exemplo, um disco.
– Armazenamento primário (memória):• Armazena dados temporariamente.• A CPU referencia-o tanto para obtenção de
instruções de programa como de dados.
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Armazenamento Secundário
Provê armazenamento em longo prazo:– Separado da memória.
Mídias comuns:– Discos magnéticos– Discos ópticos– Fita magnética
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Armazenamento Primário
Usado para guardar dados temporariamente:– Depois que eles são recebidos do dispositivo
de entrada e antes de serem processados.– Depois que eles são processados e antes de
serem liberados para o dispositivo de saída. Armazenamento temporário (volátil):
– Os dados contidos na memória se perdem se a energia cair ou se o programa for fechado.
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Memória
Também conhecida como armazenamento primário e memória principal.– Freqüentemente expressa como memória de
acesso aleatório (RAM).– Não faz parte da CPU.
Retém dados e instruções para serem processados.
Armazena informações somente enquanto o programa está em operação.
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Endereços da Memória
Cada localização de memória tem um endereço:– Um número único, como em uma caixa postal.
Pode conter somente uma instrução ou peça de dados:– Quando dados são reescritos na memória, o conteúdo
anterior desse endereço é destruído. Referenciado pelo número:
– As linguagens de programação usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas ou Salário.
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Exemplo
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Representação de Dados
Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado.
Dados são representados na forma binária:– Sistema numérico
binário (base 2).– Contém somente 2
dígitos: 0 e 1.• Corresponde a dois
estados: ligado e desligado.
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Representando Dados
Bit BytePalavra
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Bit
Abreviação de binary digit (dígito binário).– Dois valores possíveis: 0 e 1.– Nunca pode estar vazio.
Unidade básica para armazenar dados:– 0 significa desligado; – 1 significa ligado
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Byte
Um grupo de 8 bits. Para texto, armazena um caractere:
– Pode ser letra, dígito ou caractere especial.
Dispositivos de memória de armazenamento são medidos em número de bytes.
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Palavra
O número de bits que a CPU processa como uma unidade.– Tipicamente, um número inteiro de
bytes.– Quanto maior a palavra, mais potente
é o computador.– Computadores pessoais tipicamente têm
32 ou 64 bits de extensão de palavras.
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Memória Cache
Um pequeno bloco de memória de alta velocidade:– Armazena os dados e as instruções usados com mais
freqüência e mais recentemente.
O microprocessador procura primeiramente na cache os dados de que necessita:– Transferidos da cache muito mais rapidamente do
que da memória.– Se não estiverem na cache, a unidade de controle
recupera-os da memória.• Quanto mais “presença de dados” na cache, mais rápido é
o desempenho do sistema.
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Memória Cache
Processador CacheRAM
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Registradores
Áreas de armazenamento temporário de alta velocidade.– Localizações de armazenamento situadas
dentro da CPU. Funcionam sob direção da unidade de
controle:– Recebem, guardam e transferem
instruções ou dados.– Controlam onde a próxima instrução a ser
executada ou os dados necessários serão armazenados.
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Registradores
UC- Unidade de controle
ULA- Unidade lógica e aritmética controle
Registradores
A B
C D
CI RI
Unidade Central de Processamento - CPU
RI- registrador de instruçõesCI- contador de instruções
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Registradores
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O Processador
Centro de atividade do computador– Consiste em circuitos elétricos:
• Interpreta e executa instruções de programa.
• Comunica-se com os dispositivos de entrada, saída e armazenamento.
Transforma dados, de fato, em informação
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Unidade Central de Processamento (CPU)
Conjunto complexo de circuitos eletrônicos.
Executa instruções de programa armazenadas.
Duas partes:– Unidade de controle– Unidade aritmética e lógica (ALU)
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Unidade de Controle
Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas.
Deve comunicar-se com a memória e com a ALU.
Envia dados e instruções do armazenamento secundário para a memória, quando necessário.
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Unidade Aritmética e Lógica
Executa todas as operações aritméticas e lógicas.
Operações aritméticas:– Adição, subtração, multiplicação, divisão.
Operações lógicas:– Compara números, letras ou caracteres
especiais.– Testa uma de três condições:
• Condição de igualdade (igual a)• Condição menor que• Condição maior que
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A CPU e a Memória
A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada:– Primeiramente, eles devem residir na memória.– A unidade de controle recupera dados do disco
e transfere-os para a memória.
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A CPU e a Memória
Itens enviados à CPU para ser processados:– A unidade de controle envia itens à CPU e
depois os envia novamente à memória após serem processados.
Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado
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Como a CPU Executa Instruções
Quatro etapas são executadas para cada instrução:– A unidade de controle recebe a
instrução da memória e a coloca em um registro.
– A unidade de controle decodifica a instrução e determina qual é a localização na memória para os dados necessários.
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Como a CPU Executa Instruções
A unidade de controle transfere dados da memória para registros na ALU.– A ALU executa instruções relativas
aos dados. A unidade de controle armazena o
resultado da operação na memória ou em um registro.
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O Ciclo da Máquina
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Barramentos
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Conceito
é um conjunto de condutores elétricos em um computador que permite a comunicação entre vários componentes do computador, tais como, o CPU, memória, unidades E/S.
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Barramentos de endereços
Conjunto de linhas (ligações físicas) que transportam o endereços das células de memória ou das portas de entrada e saída.
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Barramentos de dados
Conjunto de linhas (ligações físicas) por onde se transporta a informação digital binária (instruções, dados, resultados) entre o CPU, memória e I/O (bidirecional).
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Barramentos de controle
indica à memória ou dispositivos de E/S (I/O) se a CPU deseja fazer uma operação de leitura ou escrita.
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Exemplo: funcionamento interno CPU/Memória
O processador está executando um programa e buscou a seguinte instrução:– some #0 e #2 e guarde o resultado em
#3 onde #0 e #2 são endereços de memória
– onde se encontram os valores a serem somados
– supondo que #0 contém o número 13 #2 contém o número 20
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“Apresente valor armazenado no endereço de memória 3 na tela do computador.”
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Conclusões
Componentes da CPU; Como eles funcionam juntos e
interagem com a memória;Dados são representados no
computador;Computador localiza dados e
instruções
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Referências
H. L Capron & J. A. Jonson, “Introdução à informática”, ISBN 8587918885, Editora Pearson Prentice Hall, 8a Edição, 2004.
NORTON, P. Introdução à Informática. Makron Books. 1997.
TANENBAUM, Andrew S. Organização estruturada de computadores, Editora Pearson Prentice Hall
5a Edição, 2006.
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