Componentes do Computador e. aula 3. Profa. Débora Matos

Transcrição

1 Componentes do Computador e modelo de Von Neumann aula 3 Profa. Débora Matos

2 O que difere nos componentes que constituem um computador?

3 Princípios básicos Cada computador tem um conjunto de operações e convenções únicas para determinar as posições de dados com os quais a operação será realizada: OPERAÇÃO OPERANDOS OPERAÇÃO especifica a função que será desempenhada; OPERANDOS fornece a maneira de calcular a posição atual dos dados com os quais a OPERAÇÃO será realizada. OPERAÇÃO + OPERANDOS = INSTRUÇÃO Um PROGRAMA é constituído de uma sequência prédeterminada de instruções, que deve ser seguida para que seja atingido uma tarefa computacional.

4 Princípios básicos Onde é armazenado o programa? Onde são armazenados os dados utilizados pelo programa?

5 Princípios básicos Von Neumann Harvard Dados Dados MEMÓRIA MEMÓRIA Instruções Instruções MEMÓRIA

6 Princípios básicos A memória é organizada em posições: endereço 00 ( ) 01 ( ) 02 ( )... FF ( ) Cada elemento da memória é armazenado em um endereço

7 Princípios básicos Quantas posições tem uma memória com endereçamento de 8 bits, e se fossem 6 bits? Quantas instruções podem ser armazenadas na memória se são utilizados dois endereços por instrução e o endereçamento é de 8 bits?

8 Princípios básicos A memória de um sistema computacional tem a função de armazenar dados e instruções: Organizada em posições; Podem ser visualizadas como elementos de uma matriz; Cada elemento tem um endereço. Então uma memória que tenha x posições: Cada posição pode ser referenciada diretamente de acordo com a sua colocação na sequência; Se uma memória tem 4096 posições existem posições de 0,..., 4095; Instruções são executadas em uma sequência determinada pela sua posição de memória

9 Princípios básicos O endereçorepresenta uma posição particular na memória e pode ser formado de várias maneiras; A representação trivial está na parte chamada campo de endereço; A Unidade Lógica e Aritmética (ULA) é responsável por realizar ações indicadas nas instruções, executando operações numéricas (aritméticas) e não numéricas (lógica); Preparação de informações de desvios do programa; O controle do programa e a ULA formam a unidade central de processamento, ou simplesmente processador.

10 Elementos funcionais básicos Computador: Composto por blocos: Memória Unidades operacionais Unidades de controle Dispositivos de entrada e saída

11 Elementos funcionais básicos Registradores: são elementos digitais com capacidade de armazenar dados. Apresenta sinais que determinam quando um novo conteúdo deve ser armazenado. Contadores, multiplexadores, seletores, codificadores, somadores eportas lógicas: são elementos com capacidade de operar sobre dados: Alterando-os ou fornecendo um novo dado como resultado

12 Elementos funcionais básicos Elementos digitais Necessitam ser ativados ou habilitados para realizar uma determinada operação; Sinais responsáveis pela ativação ou habilitação de componentes digitais são conhecidos como sinais de controle. Barramentos (bus) Transferem dados entre os elementos do computador; Só podem receber dados de uma fonte por vez; A largura em bits diz respeito ao tamanho dos elementos que trafegam nele.

13 Elementos funcionais básicos -memória Memória é formada por elementos armazenadores de informações; É dividida em palavras; Cada palavra é identificada unicamente por um endereço; Conteúdo armazenado nas palavras da memória tanto pode representar dados como instruções;

14 Elementos funcionais básicos -memória REM: registrador de endereços da memória Contém o endereço do dado a ser lido ou escrito na memória RDM: registrador de dados da memória Contém o dado a ser escrito na memória (write) ou lido da memória (read) Sinais de controle: Read: leitura da memória o conteúdo da posição de memória endereçada por REM é copiado em RDM; Write: escrita na memória a posição de memória endereçada por REM recebe o conteúdo de RDM;

15 Elementos funcionais básicos -memória Qual o tamanho de RDM e REM para uma memória de palavra de 8 bits e que possui ao todo 4096 palavras?

16 Busca-Decodificação-Execuçãode instruções BUSCA: PC (programcounter) contador de instruções contém sempre a posição da próxima instrução a ser executada. A instrução apontada pelo PC é trazida da memória para uma área de armazenamento chamada registrador de instruções. DECODIFICAÇÃO: Sinais de controle são gerados de acordo com a informação presente no campo de operação. EXECUÇÃO: A execução da instrução se dá ao final da operação determinada após a decodificação. Ao término da execução da instrução, o ciclo é repetido.

17 Busca-Decodificação-Execuçãode instruções BUSCA: -Copia o apontador de programa (PC) para o registrador de programa (REM); -Lê a instrução da memória; -Copia o registrador de dados da memória (RDM) para o registrador de instruções (RI); -Atualiza o apontador do programa (PC);

18 Busca-Decodificação-Execuçãode instruções DECODIFICAÇÃO: Normalmente realizada por lógica combinacional. EXECUÇÃO: Podem ser realizados: - Cálculo do endereço de operandos; - Busca de operandos na memória; -Seleção de operação da ULA; - Carga de registradores; - Escrita de operandos na memória; - Atualização do PC para desvios. O controle do ciclo busca-decodificação-execuçãoé feito pela unidade de controle.

19 Elementos funcionais básicos unidade operacional Unidade Operacional: Também conhecida como bloco operacional (datapath); Executa as transformações sobre dados, especificadas pelas instruções do computador; Componentes: ULA, registradores de uso geral e específico e barramentos número; tamanho; uso dos registradores sua quantidade e tipo de operações que a ULA realiza são alguns dos fatores que influenciam no poder de processamento de um computador.

20 Elementos funcionais básicos unidade operacional Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Realiza operações lógicas e aritméticas; Exemplo: Soma de dois operandos; Negação de um operando; Inversão de um operando; Lógica de operando; Rotação de um operando para a direita ou esquerda. As operações da ULA geralmente são bem simples; Funções complexas são realizadas pela ativação sequencial das várias operações básicas. Exemplo: multiplicação

21 A ULA fornece o resultado das operações e também algumas indicações sobre a operação realizada; Essas indicações são chamadas de códigos de condição; Exemplos: Overflow Sinal Carry Zero Elementos funcionais básicos unidade operacional

22 Acumulador Elementos funcionais básicos unidade operacional É um registrador e tem por função armazenar um operando e/ou um resultado fornecido pela ULA; Computadores simples só são encontrados um acumulador; É ativado de acordo com o sinal de carga (load); Cada novo sinal faz perder o valor antigo

23 Elementos funcionais básicos unidade de controle Serve para fornecer sinais de controle: Gerenciar o fluxo interno de dados e o instante preciso em que ocorrem as transferências entre uma unidade e outra Cada unidade de controle comanda uma micro operação Responsável pela realização de uma carga em um registrador; Seleção de dados para entrada; Ativação de memória; Seleção de uma operação da ULA.

24 Elementos funcionais básicos unidade de controle São máquinas de Estado Finitas (FSM) Lógica sequencial: os sinais de saída são função dos sinais de entrada e do estado anterior. Lógica combinacional: os sinais de saída são função exclusiva dos sinais de entrada. Existem várias formas de implementar a lógica sequencial. Porém duas são usuais: Organização convencional Organização microprogramada

25 Existem no computador alguns registradores com funções especiais.depende da arquitetura e organização de cada máquina; Tipos: Elementos funcionais básicos registradores especiais Apontador de instruções (PC) Registrador de instruções (IR) Registrador de estado (RST)

26 Elementos funcionais básicos registradores especiais Apontador de Instruções (PC) Tem como função manter atualizado o endereço de memória da próxima instrução; Registrador de instrução (IR) Armazena a instrução que está sendo executada. De acordo com o conteúdo, a unidade de controle determina quais sinais deve ser gerados; Registrador de estado (RST) Armazena códigos de condição gerados pela unidade lógica e aritmética;

27 Exemplo: MIPS

28 Conjuntode instruções e modos de endereçamento INSTRUÇÃO: É um conjunto de bits devidamente codificados que indica ao computador que sequência de micro-operações este deve seguir. São classificadas por semelhanças de propósito e formato: Instruções de transferência de dados (LOAD, STORE); Instruções aritméticas e lógicas (ADD, SUB, OR, AND); Instruções de testes e desvios (JUMP, JUMP ON ZERO); Conjunto de instruções são todas as instruções que um determinado computador reconhece; A sequência dessas instruções forma um programa.

29 Instruções do microprocessador Esta coleção de palavras é conhecida como a linguagem assembly do processador. Um assembler(montador) pode traduzir as palavras para o seu padrão binário (linguagem de máquina) e a informação de saída do assembleré alocada na memória para ser executada pelo microprocessador. Para facilitar as tarefas de programação e depuração: Mnemônicos: associados aos códigos das instruções Nomes: operandos Rótulos: posições ocupadas pelo programa

30 Instruções do microprocessador Montador: realiza uma tradução dos mnemônicos, nomes e rótulos que compõem as instruções; linguagem simbólica instruções de máquina Compilador: gera rotinas em linguagem de máquina para cada instrução da linguagem de alto nível e ainda otimiza o código e alocação de variáveis. linguagem de alto nível linguagem simbólica