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Funcionamento de um sistema de computação
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Funcionamento de um sistema de computação

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  1. Arquitetura de Computadores Professor: Sérgio Vieira Email: sergiosvieira.fatene@gmail.com Data: 16-10-2012 Aula: Funcionamento de um sistema de computação1
  2. IntroduçãoNo nível mais alto, um sistema de computação pode ser descrito a partir dafuncionalidade de cada um de seus: 1. Componentes principais 2. Estrutura de interconexão 3. Tipos de sinais trocados entre esses componentes.2
  3. Introdução (cont.)Neste contexto, o barramento de um sistema de computação possui papelimportantíssimo.Os componentes principais de um computador (processador, memória principal,módulos de E/S etc) precisam ser contectados entre si para que possam trocardados e sinais de controle.Isso é feito através de barramentos com múltiplas linhas.Os sistemas mais modernos usam uma hierarquia para obter melhordesempenho.3
  4. Introdução (cont.)Os principais aspectos de projeto de um sistema de barramentos são: 1. Arbitração: a decisão sobre permissões para envio de sinais por meio das linhas de barramento (centralizado ou distribuído) 2. Temporização: o envio de sinais por meio dos barramentos pode ser sincronizado por um relógio central ou pode ser feito de maneira assíncrona. 3. Largura de barramento: o número de linhas de endereço e linha de dados.4
  5. Introdução (cont.)Para entender melhor o funcionamento dos barramentos, também é necessárioentender como as instruções de um computador são executadas através dacomunicação dos componentes do computador.5
  6. Componentes de ComputadorPraticamente todos os projetos de computadores atuais são fundamentados nosconceitos desenvolvidos por John von Neumann.É baseado em três conceitos básicos: 1. Os dados e as intruções são armazenados em uma única memória de leitura e escrita. 2. O conteúdo dessa memória é endereçado pela sua posição. 3. A execução de instruções ocorre de modo sequencial.6
  7. Componentes de Computador (cont.)O computador é composto de um pequeno conjunto de componentes lógicosbásicos, que podem ser combinados de vários modos para armazenar dadosbinários e executar operações aritméticas e lógicas sobre esses dados.É possível obter para cada aplicação particular, uma configuração decomponentes lógicos projetada especificamente para executar essa aplicação(Programa).7
  8. Componentes de Computador (cont.) Hardware Dedicado Sequência de Dados funções lógicas Resultados e aritméticas • Hardware específico para cada aplicação.8
  9. Componentes de Computador (cont.) Códigos de Instruções Interpretador de instruções Sinais de Controle Funções lógicas Dados e aritméticas de Resultados propósito geral • Em vez de projetar um novo hardware para cada aplicação nova, o programador simplesmente fornece um novo conjunto de sinais de controle.9
  10. Componentes de Computador (cont.)Um programa é constutuído por uma sequência de passos.A cada passo executa-se alguma operação lógica ou aritmética sobre algumdado.Para cada passo, é necessário um conjunto de sinais de controle.Pode-se definir um código para cada possível conjunto de sinais de controle.10
  11. Componentes de Computador (cont.)Acrescenta-se ao hardware de propósito geral um elemento capaz de interpretaresses códigos e gerar esses sinais de controle correspondentes.Além desse componentes, outros são necessários para que o computador possafuncionar. • Componentes de E/S: 1. Módulo de entrada de dados: recebem dados e instruções e os converte em uma representação interna. 2. Módulo de saída de dados: enviam dados e instruções aos dispositivos periféricos.11
  12. Componentes de Computador (cont.)Uma operação, durante a execução de um programa, pode precisar acessarmais de uma dados de cada vez. Portante, é necessário armazenar instruções edados temporários (Memória ou Memória Principal).A CPU troca dados com a memória.Para isso, ela usa registradores internos da CPU.12
  13. • Um registrador de endereço à memória (MAR - memory address register) especifica o endereço da memória a ser usado pela próxima instrução de leitura ou escrita. • Um registrador temporário de dados (MBR - memory buffer register) contém um valor a ser gravado na memória ou recebe um valor lido na memória.13
  14. Componentes de Computador (cont.) • Registrador de endereçamento de E/S (I/O AR - I/O address register) detetmina um dispositivo de E/S • Registrador temporário de dados de E/S (I/O BR - I/O buffer register) é usado para troca de dados entre um módulo de E/S e a CPU14
  15. Componentes de Computador (cont.)Um módulo de memória é constituído de um conjunto de posições de memóriaidentificados por endereços numerados sequencialmente.Cada posição contém um número binário que pode ser interpretado como umainstrução ou como um dados.Um módulo de E/S transfere dados de dispositivos externo para a CPU e para amemória e vice-versa. Ela contém áreas de armazenamento temporários (guardainformações até que possam ser enviadas).15
  16. Funções dos ComputadoresA função básica desempenhada por um computador é executar um programaque é constituído de instruções armazenados na memória.De forma geral, a execução de um programa é realizada em dois passos: 1. O processador lê (busca) instruções na memória. 2. Executa uma instrução por vez.A execução de uma instrução pode envolver diversas operações.16
  17. Busca e Execução de Instruções 1. O processador busca uma instrução da memória no registrador PC 2. Incrementa o PC depois de cada busca de instrução (próximo endereço de memória) 3. A instrução buscada é carregada no registrador de instruções (IR). Ela contém bits que especificam a ação que o processador deve executar. 4. O processador interpreta a instrução e executa a ação executada.17
  18. Busca e Execução de Instruções (cont.)Em geral, essas ações são classificadas em quatro categorias: 1. Processador-memória: os dados são transferidos. processador-memória, memória-processador. 2. Processador E/S: transferência de dados entre processador e um dispositivo periférico através do módulo de E/S. 3. Processamento de dados: execução de operações aritméticas ou lógicas sobre os dados. 4. Controle: pode modificar a sequência de execução de um programa.A execução de uma instrução pode envolver uma conbinação dessas ações.18

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