Estrutura básica dos computadores

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ARQUITETURA DE COMPUTADORES I
ESTRUTURA BÁSICA DOS COMPUTADORES
Apesar das diferenças de desempenho entre os vários tipos de computadores, todos eles contêm cinco
unidades básicas: memória, unidade lógica/aritmética (ULA), entrada, saída e controle. A Fig. 1 é um
diagrama de blocos representando um sistema genérico de computação e que mostra a interconexão das
várias unidades.
Fig. 1 - Diagrama genérico de um sistema de computação.
Note que a unidade de controle se encontra no centro do diagrama porque atua como o “cérebro” do
computador, dirigindo a operação de todas as outras unidades. As setas indicam, nesse diagrama, o
sentido do fluxo dos sinais de dados ou controle. As setas maiores indicam grupos de linhas paralelas
representando uma palavra de dados, uma instrução ou um endereço; as setas menores representam sinais
de controle, transportados normalmente apenas por uma ou poucas linhas. Os números colocados dentro
de círculos, junto a cada seta, servem de referência para as descrições feitas a seguir.
Unidade de memória
Essa unidade armazena grupos de bits (palavras) que representam instruções que o computador deve
executar (ou seja, programas) e dados que precisam ser utilizados pelos próprios programas. A memória
serve também como armazenagem temporária para os resultados de operações efetuadas pela ULA (seta
4, na Fig. 1). A operação da unidade de memória é comandada pela unidade de controle, que fornece a
sinalização para as operações de leitura ou gravação (seta 6) e proporciona os endereços necessários (seta
7). Os dados que devem ser gravados na memória podem vir da ULA ou da unidade de entrada (seta 8),
novamente sob orientação da unidade de controle. Já os dados que precisam ser lidos na memória podem
ser enviados à ULA (seta 2) ou à unidade de saída (seta 9).
Todo computador dispõe de uma memória interna e outra externa, de grande capacidade. A memória
interna exibe normalmente baixa capacidade e alta velocidade, reservada para armazenar programas e
dados que o computador está utilizando (armazenagem a curto prazo, em outras palavras). Essa memória
interna costuma utilizar RAMs e ROMs semicondutoras. Quanto à memória externa, é do tipo de alta
capacidade e baixa velocidade, sendo empregada para guardar programas e dados quando estes não estão
sendo usados pelo computador (ou seja, armazenagem a longo prazo). Fitas e discos magnéticos são os
tipos mais comuns de memória externa de grande capacidade.

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Unidade lógica/aritmética
A ULA tem o encargo de efetuar operações aritméticas e lógicas com os dados. A unidade de controle lhe
envia sinais que determinam qual a operação a ser efetuada (seta 1, Fig. 1), além de estabelecer a fonte
desses dados, tal como a unidade de memória (seta 2) ou a unidade de entrada (seta 3). Os resultados das
operações podem ser remetidos à memória, para serem armazenados (seta 4), ou então diretamente para a
unidade de saída (seta 5).
O acumulador é um registrador que participa da maioria das operações executadas pela ULA, além de
receber o resultado de grande parte de suas operações. Esse conceito está sendo reapresentado na Fig. 2; à
medida que formos progredindo na matéria, descobriremos que o acumulador tem outras funções, além
daquelas associadas com a ULA.
Fig. 2 - O acumulador costuma fazer parte da operação da ULA.
Unidade de entrada
Essa unidade consiste em dispositivos que permitem a introdução de dados e informações do mundo
exterior na memória interna ou na ULA do computador (setas 3 e 8, na Fig. 1). Tais dispositivos são
normalmente chamados de periféricos, pelo fato de estarem fisicamente separados da eletrônica que
compõem o “cérebro” do computador. Alguns típicos periféricos de entrada são teclados, mouse,
câmeras, scanners e conversores analógicos/digitais (A/D). Não é estranho considerar as unidades de fitas
e discos magnéticos simultaneamente como periféricos de entrada e dispositivos de memória.
Unidade de saída
A unidade de saída é composta por dispositivos periféricos que transferem dados e informações da
memória interna ou da ULA para o mundo exterior (setas 5 e 9, na Fig. 1). Alguns típicos periféricos de
saída incluem impressoras, monitores de vídeo e conversores digital/analógicos (D/A). As unidades de
memória em fitas ou discos magnéticos também podem ser encaradas como periférico de saída; de fato,
dados e programas da memória interna são freqüentemente passados para um desses dispositivos
armazenadores externos, para que possam ser armazenados por períodos longos.
Unidade de controle
Deve ser óbvia, a esta altura, a função dessa unidade. Ela dirige a operação de todas as outras parte do
computador, proporcionando sinais de temporização e controle. Assemelha-se ao condutor de uma
orquestra que é responsável pela manutenção de cada instrumento em sincronização adequada. A unidade
de controle contém circuitos lógicos e temporizadores, que geram os sinais necessários à execução de
cada instrução de um programa.
A unidade de controle busca cada instrução da memória ao enviar um endereço (seta 7, Fig. 1) e um

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comando de leitura (seta 6) à unidade memorizadora. A palavra representando a instrução vai, então, da
memória para a unidade de controle (seta 11). Essa palavra de instrução, que se encontra em código
binário, é decodificada por circuitos lógicos da unidade de controle, para determinar qual operação deve
ser executada; tão logo a operação seja determinada, a unidade de controle gera os sinais necessários para
que seja realmente executada.
Podemos dizer, assim, que as funções da unidade de controle são as de buscar, decodificar e executar as
instruções existentes na memória (o programa, em outras palavras). Como veremos em breve, a unidade
de controle repassa essas mesmas etapas inúmeras vezes, enquanto o computador está operando.
Fig. 3 (A) - Diagrama simplificado de um computador; (B) diagrama de um microcomputador.
Unidade central de processamento (UCP, ou CPU)
Costuma-se combinar a ULA e a unidade de controle em um só bloco, conhecido por unidade central de
processamento (UCP), como se vê na própria Fig. 1. A UCP é o verdadeiro “cérebro” do computador,
pelo fato de combinar os circuitos que produzem todos os sinais de controle, necessários para a execução
de instruções, com os estágios que desempenham as operações determinadas pelas instruções.
Diagrama simplificado de um sistema de computação
Agora que conhecemos as funções das cinco unidades básicas de um computador, podemos combinar
algumas delas e obter um diagrama mais simplificado para representá-lo. A Fig. 3A mostra como o
computador pode ser representado por três grandes blocos, onde o da UCP está substituindo a ULA e a
unidade de controle, enquanto o bloco de entrada/saída (E/S) combina as unidades separadas de entrada e
saída.
O microcomputador
Nos microcomputadores, a UCP contida num único CI é chamada de microprocessador; assim, nesses
casos, os termos UCP e microprocessador são sinônimos. Também é normal, no campo da computação,
dar o nome de MPU (unidade microprocessadora) ao microprocessador. A Fig. 3B mostra o diagrama
simplificado de um microcomputador.
Com toda essa nova terminologia, pode ser útil fazer um sumário dos fatos mais importantes vistos até
agora:
1. A UCP é a combinação da ULA com a unidade de controle, em qualquer computador.
2. Quando a UCP ocupa um único CI, é denominada microprocessador e pode ser chamada de MPU.
3. Quando a MPU é acoplada a uma memória e a um sistema de E/S, tem-se a configuração típica de um
microcomputador.
Bibliografia
TOCCI, Ronaldo J., Laskowski, Lester P. Microprocessadores e Microcomputadores: Hardware e
Software, 3ª edição, Ed. Prentice/Hall do Brasil.