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Modelo de von neumann

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Modelo de von neumann

  1. 1. Introdução àArquitetura deComputadoresProf.ª Ms. Elaine Cecília Gatto 1
  2. 2. Modelo de Von Neumann• O nome refere-se ao matemático John Von Neumann, que foi considerado o criador dos computadores da forma como são projetados até hoje. Entretanto, outras pessoas também estiverem envolvidas no processo.• A idéia do modelo surgiu da necessidade de armazenar programas em um computador, pois, até então, ainda não haviam formas de armazenamento de programas em um computador.• Von Neumann e outros pesquisadores descobriram que, utilizando dispositivos de memória em formas de linha de retardo de mercúrio, poderiam armazenar instruções de programas. 2
  3. 3. Modelo de Von Neumann• A proposta inicial de um computador de programa armazenado, denominado IAS (Princeton Institute for Advanced Studies), relatada pelo próprio von Neumann era: • Primeira Parte Específica – Central Arithmetic ou CA: O dispositivo deve realizar as operações elementares da aritmética mais frequentemente, e por este motivo, deve ter unidades especializadas apenas para essas operações; • Segunda Parte Específica – Control Center ou CC: A sequenciação apropriada das operações pode ser executado, de forma mais eficiente, por um controle central; 3
  4. 4. Modelo de Von Neumann • Terceira Parte Específica: • Memória ou M: Qualquer dispositivo que tiver que executar longas e complicadas sequencias de operações precisa ter uma memória considerável. • Recording ou R: deve ser capaz de manter contato de entrada e saída, que são os neuronios correspondentes sensoriais e motores do cérebro humano.• Quarta Parte Específica – Input I: é necessário ter unidades para transferencia de informações de R para M.• Quinta Parte Específica – Output O: é necessário ter unidades para transferencia de informações de M para R. 4
  5. 5. Modelo de Von Neumann• O modelo de Von Neumann é também chamado de sistemas de von Neumann ou arquitetura de von Neumann e são denominados de computadores com programas armazenados.• As características destas máquinas são as seguintes: • 3 sistemas de hardware: 1. UCP ou CPU – Unidade Central de Processamento que contém: • Uma unidade de controle (UC); • Uma unidade lógica aritmética (ULA); • Vários registradores (memórias internas da CPU); • Um contador de programa (PC); 2. Sistema de Memória Principal; 3. Sistema de Entrada/Saída; • Capacidade para executar instruções sequencialmente; • Possui apenas um caminho de dados entre a UCP e a memória principal 5 (chamado de Gargalo de von Neumann)
  6. 6. Modelo de Von Neumann 6
  7. 7. Modelo de Von Neumann• Ciclo de execução de von Neumann: • Ciclo de busca-decodificação-execução de instruções, isto é, busca uma instrução, decodifica-a e a executa; • Descreve como a máquina (o hardware) trabalha com as instruções que devem ser executadas.• A CPU tem como função: • Executar programas que estão armazenados na memória principal; • Buscar as instruções desses programas; • Examinar essas instruções; • Executar as instruções uma após a outra (sequencia);• A unidade de controle tem como função: • Buscar instruções na memória principal; • Determinar o tipo dessas instruções; 7
  8. 8. Modelo de Von Neumann• A unidade lógica aritmética tem como função: • Efetuar operações aritméticas; • Efetuar operações booleanas (e, ou, not, etc) • Essas operações são necessárias para a execução das instruções dos programas;• Registradores da CPU: • São memórias de alta velocidade; • Armazenam resultados temporários “dentro” da CPU; • São usados para controlar as informações; • Cada registrador tem uma função e um tamanho (em bits e/ou bytes); • São lidos e escritos em alta velocidade pois são internos à 8 CPU;
  9. 9. Modelo de Von Neumann • OBS.: a CPU não consegue manter todos os valores manipulados por um programa apenas em registradores, por isso necessita de uma memória para o armazenamento das informações. Mais detalhes serão discutidos à frente.• Contador de programa ou Programm Counter: • É o registrador mais importante da CPU; • Indica a próxima instrução a ser buscada para execução;• Registrador de Instrução (IR): • Contém a instrução que está sendo executada no momento em questão;• Como esses dispositivos eletrônicos conversam? Barramentos! • Barramento: é um conjunto de fios paralelos (condutores de energia) que transmistem endereços da memória e dos registradores, dados e 9 também sinais de controle; é por onde transitam os bits
  10. 10. Modelo de Von Neumann • Barramentos internos à CPU: quando estão dentro da pastilha da CPU; • Barramentos externos à CPU: são aqueles que conectam a memória e os dispositivos de E/S à CPU. • Conceitos importantes sobre barramentos: • Largura do barramento: é o número de bits que são transportados em uma operação. Exemplo: a largura do barramento do 486 era de 32 bits. • Frequencia de operação: é a velocidade com que os dados são transmitidos no barramento. Exemplo: o barramento externo do Pentium I operava a 66Mhz. 10
  11. 11. Modelo de Von Neumann• Exemplo de execução de uma instrução em máquinas do modelo de von Neumann: • A unidade de controle busca a próxima instrução do programa na memória principal; • O contador de programa é usado pela unidade de controle para determinar onde a instrução está localizada; • A instrução é decodificada para uma linguagem que a unidade lógica aritmética possa entender; • Os operandos de dados requeridos para executar a instrução são carregados da memória e colocados em registradores; • A unidade lógica aritmética executa a instrução e coloca os 11 resultados em registradores ou na memória.
  12. 12. Modelo de Von Neumann 12
  13. 13. Modelo de Von Neumann 13
  14. 14. Referencias1. MONTEIRO, Mario A. Introdução a Organização de Computadores. 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 20072. TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. 5ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.3. STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 8ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.4. NULL, Linda. Princípios Básicos de Arquitetura e Organização de Computadores. 2ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2010.5. LORIN, Harold. Introducao a Arquitetura e Organizacao de 14 Computadores. Rio de Janeiro: Campus, 11985.
  15. 15. Referencias1. PATTERSON, David A.; HENNESSY, John L. Computer Organization and Design: The Hardware And Software Interface. 2ª ed. San Francisco, USA: Morgan Kaufmann, 1998.2. PATTERSON, David A.; HENNESSY, John L. Organização e Projeto de Computadores: A Interface Hardware e Software. 2ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000.3. WEBER, Raul Fernando. Fundamentos de Arquitetura de Computadores. 3ª ed. Porto Alegre, RS: Bookman, Instituto de Informatica da UFRGS, 2008.4. TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. 4ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 155. TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. 5ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.
  16. 16. Referencias1. HENNESSY, JOHAN L. Arquitetura de Computadores: uma abordagem quantitativa. Rio de Janeiro: Campus, 2003.2. REBONATO, MARCELO T. Organização de Computadores: notas de aula. Universidade de Passo Fundo.3. RICARTE, IVAN l. M. Organização de Computadores. Universidade Estadual de Campinas. 16

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