Arquitetura e Organização de 
Computadores 
● Livro Texto 
– Arquitetura e Organização de Computadores 
● William Stalling...
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Computadores 
● Arquitetura de computadores 
– Faz referência aos atributos visíveis ao prog...
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Computadores 
● Organização de computadores 
– Se refere às unidades operacionais e suas lig...
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Computadores 
● Devido à sua complexidade, os diversos componentes 
de um computador são sub...
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Computadores 
● Funções básicas de um computador 
Transferência 
de Dados Controle 
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● Estrutura 
– Unidade Central de Processamento (CPU) 
● Unidade de Controle 
...
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● Programação em hardware 
Sequência 
de funções 
lógicas e 
aritméticas 
Dado...
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● Programação em software 
Instruções 
Interpretador 
de instruções 
Funções 
...
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● Componentes do computador 
– Baseados na arquitetura de von Neumann 
● Dados...
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● Componentes do computador 
CPU Memória 
PC MAR 
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Componentes do Computador 
– Ciclo básico de instruções 
Ciclo de busca Ciclo ...
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● Componentes do Computador 
– Tipos de ações a executar 
● Processador – memó...
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Computadores 
● Interrupções 
– Mecanismo utilizado para interromper a sequência normal de 
...
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Computadores 
● Interrupções 
INÍCIO 
Ciclo de busca Ciclo de execução Ciclo de interrupção ...
AOC - Barramentos 
● Estrutura de Interconexão 
– Conjunto de caminhos que conectam os 
vários componentes de hardware 
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AOC - Barramentos 
● Barramento de sistema 
● É o barramento usado para conectar os principais componentes do 
computador ...
AOC - Barramentos 
● Tipos de barramentos 
– Dedicados 
● Associados a um subconjunto de componentes físicos 
– Multiplexa...
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● PCI 
– Peripheral Component Interconnect 
● Usado para subsistemas de E/S de alta velocidade 
● Permi...
AOC – Memória Interna 
● Características fundamentais 
– Localização 
● Processador; interna (principal); externa (secundá...
AOC – Memória Interna 
● Características fundamentais 
– Método de acesso 
● Sequencial 
● Direto 
– Acesso em nível de bl...
AOC – Memória Interna 
● Características fundamentais 
– Desempenho 
● Tempo de acesso 
– Memória de acesso aleatório: tem...
AOC – Memória Interna 
● Características fundamentais 
– Tecnologia 
● Semicondutor; superfície magnética; ótica 
– Caract...
AOC – Memória Interna 
● Hierarquia da memória 
– Usada porque tempo de acesso, custo e capacidade de 
armazenamento são c...
AOC – Memória Interna 
● Memória principal 
– Memória de semicondutor
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● Memória principal 
– Memória RAM 
● Dinâmica 
– Dados armazenados em capacitores 
– Precisa de um...
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● Memória Cache 
– É uma memória de acesso mais rápido, localizada próximo ao 
processador 
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● Memória Cache 
Indica o bloco de memória
AOC – Memória Externa 
● Disco Magnético 
– Prato circular de metal ou plástico, coberto com material 
magnetizável 
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● Disco Magnético 
– Organização dos dados 
● Os discos são organizados em 
trilhas e setores 
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● Disco Magnético 
– Organização dos dados 
● Podem existir 500 a 2000 trilhas por superfície 
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● Disco Magnético 
– Características físicas 
● Cabeçote fixo 
– Um cabeçote para cada trilha 
● Ca...
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● Disco Magnético 
– Características físicas 
● Cobertura magnetizável em um só lado 
● Cobertura m...
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● Disco Magnético 
– Parâmetros de desempenho 
● Tempo de busca 
– Tempo para posicionar o cabeçote...
AOC – Memória Externa 
● Disco Magnético 
– Sistema RAID 
● O aumento de desempenho da memória principal e dos 
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● Fita magnética 
● Disco óptico
AOC – Dispositivos de E/S 
● Módulos de E/S 
– São dispositivos que se conectam ao barramento do sistema 
– Controlam um o...
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● Módulos de E/S 
– Inviabilidade de conexão direto ao barramento de sistema 
● Há uma grande v...
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● Módulos de E/S 
– Objetivo 
● Fornecer interface com o processador 
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● Permitir a...
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– Comunicação com o usuário 
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● Modelo geral 
– Sinais de controle 
● Determinam a...
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● Controle e temporização 
– Controla o fluxo de dados entre os re...
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● Comunicação com dispositivos 
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– Técnicas para a realização das operações de E/S 
● Programada 
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● Dirigida por interrupção...
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– Interface externa 
● Tipos de interface 
– Serial 
● Usa uma linha de conex...
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– Interface para pequenos componentes co...
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● Conexão SCSI 
– Os dados são transferidos na forma de ...
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● Conexão SCSI 
– Fases de atividade no barramento 
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● Conexão SCSI 
– Fases de atividade no barramento
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– É o padrão IEEE 1394 
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● Unidade Central de Processamento 
– Componentes 
● Unidade lógica e aritmética 
● Registradores 
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AOC - CPU 
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– Busca de instrução 
– Interpretação da instrução 
– Busca de dados 
– Processame...
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● Visões da CPU
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● Unidade Lógica e Aritmética 
– Executa as operações lógicas e aritméticas 
– Baseada em dispositivos lógicos ...
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● Registradores 
– Fazem parte da hierarquia de memória do computador 
– São divididos em dois grupos 
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● De propósito geral 
● De dados 
● De endereço 
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● Controle de programa (PC) 
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● Podem existir ainda os seguintes registradores: 
– Registrador qu...
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– É o componente que controla a operação do processador 
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● Busca 
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● Unidade de Controle 
– Ciclo de Instrução 
● Busca 
– Etapas 
● O endereço da próxima instrução está em PC 
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– Ciclo de Instrução 
● Ciclo indireto 
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● Ciclo de interrupção 
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● Ciclo de execução 
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● Ciclo de execução 
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● Unidade de Controle 
– Ciclo de Instrução como um todo
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– Modelo geral
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● Unidade de Controle 
– Modelo geral 
● Entradas 
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● Faz a marcação de tempo da CPU 
● A unidade de ...
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● Unidade de Controle 
– Modelo geral 
● Entradas 
– Sinais de controle do barramento de controle 
● Fornece si...
AOC – Sistema Operacional 
● Sistema Operacional 
– É o programa que gerencia os recursos do computador 
– Fornece serviço...
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● Visão Geral 
– Objetivos 
● Conveniência 
– Torna mais conveniente o uso do computador (inter...
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– Objetivos 
● Interface com o usuário 
– O usuário final tem acesso aos recurso...
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● Visão Geral 
– Objetivos 
● Interface com o usuário 
– Permite a execução das seguintes ativi...
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– Partes do sistema operacional residentes na memória 
principal 
● Kernel/núcle...
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● Sistema interativo...
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– Monoprogramado x Multiprogramado 
● Monoprogramadado 
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AOC – Sistema Operacional 
● Tipos de sistemas operacionais 
– Em lote multiprogramados x de tempo compartilhado 
● Em lot...
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● Sistema operacional multiprogramado 
– Processo 
● É um programa em execução 
● Estados possí...
AOC – Sistema Operacional 
● Sistema operacional multiprogramado 
– Processo 
● Bloco de controle de processos 
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AOC – Sistema Operacional 
● Sistema operacional multiprogramado 
– Escalonamento de processos 
● É a base para a implemen...
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● Sistema operacional multiprogramado 
– Escalonamento de processos 
● A longo prazo 
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AOC – Sistema Operacional 
● Sistema operacional multiprogramado 
– Escalonamento de processos
AOC – Sistema Operacional 
● Gerenciamento de memória 
– É a atividade responsável por controlar o fluxo de processos 
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AOC – Sistema Operacional 
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– Troca de processos na memória 
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– Troca de processos na memória 
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– Partição de memória 
● Indica como a memória está subdividida par...
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● Técnica usada para diminuir a ineficiência das aloca...
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● Dessa forma, a memória é divida em blocos de mesmo t...
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  1. 1. Arquitetura e Organização de Computadores ● Livro Texto – Arquitetura e Organização de Computadores ● William Stallings ● Prentice Hall
  2. 2. Arquitetura e Organização de Computadores ● Arquitetura de computadores – Faz referência aos atributos visíveis ao programador ● Atributos que têm impacto direto sobre a execução lógica de um progrma – Incluem: ● conjunto de instruções, número de bits, mecanismos de E/S, técnicas de endereçamento de memória, etc.
  3. 3. Arquitetura e Organização de Computadores ● Organização de computadores – Se refere às unidades operacionais e suas ligações – Define como são implementadas as especificações da arquitetura – São descrições transparentes ao usuário – Incluem: ● Sinais de controle, interfaces, tecnologia de memória utilizada, etc.
  4. 4. Arquitetura e Organização de Computadores ● Devido à sua complexidade, os diversos componentes de um computador são subdivididos e classificados de acordo com sua estrutura e função ● Estrutura – Define o inter-relacionamento entre os componentes ● Função – Define a operação de cada componente
  5. 5. Arquitetura e Organização de Computadores ● Funções básicas de um computador Transferência de Dados Controle Armazenamento de Dados Memória Processamento de Dados Fonte e Destino dos Dados
  6. 6. Arquitetura e Organização de Computadores ● Estrutura – Unidade Central de Processamento (CPU) ● Unidade de Controle ● Unidade Lógica e Aritmética ● Registradores ● Interconexão da CPU – Memória principal – Dispositivos de E/S – Sistema de interconexão
  7. 7. Arquitetura e Organização de Computadores ● Programação em hardware Sequência de funções lógicas e aritméticas Dados Resultados
  8. 8. Arquitetura e Organização de Computadores ● Programação em software Instruções Interpretador de instruções Funções lógicas e Aritméticas de propósito Dados Resultados geral Sinais de controle
  9. 9. Arquitetura e Organização de Computadores ● Componentes do computador – Baseados na arquitetura de von Neumann ● Dados e instruções armazenados em única memória ● Memória endereçada por sua posição, independentemente do tipo de dados ● Execução de instruções em modo sequencial
  10. 10. Arquitetura e Organização de Computadores ● Componentes do computador CPU Memória PC MAR IR MBR I/O AR I/O BR Instrução Instrução Instrução Dados Dados Dados Áreas de armazenamento temporário Módulo de E/S
  11. 11. Arquitetura e Organização de Computadores Componentes do Computador – Ciclo básico de instruções Ciclo de busca Ciclo de execução Busca da próxima instrução Execução da instrução INÍCIO PARADA
  12. 12. Arquitetura e Organização de Computadores ● Componentes do Computador – Tipos de ações a executar ● Processador – memória ● Processador – E/S ● Processamento de dados ● Controle
  13. 13. Arquitetura e Organização de Computadores ● Interrupções – Mecanismo utilizado para interromper a sequência normal de execução de instruções do processador, objetivando melhorar a eficiência desse processador ● Interrupção de software ● Interrupção de relógio ● Interrupção de E/S ● Interrupção de falha de hardware
  14. 14. Arquitetura e Organização de Computadores ● Interrupções INÍCIO Ciclo de busca Ciclo de execução Ciclo de interrupção PARADA Busca da próxima instrução Execução da instrução Execução da instrução Instruções desabilitadas Instruções habilitadas
  15. 15. AOC - Barramentos ● Estrutura de Interconexão – Conjunto de caminhos que conectam os vários componentes de hardware – Barramento ● Composto de vários caminhos ou linhas de comunicação, capaz de transmitir sinais binários ● Transmissão em paralelo (tamanho da palavra)
  16. 16. AOC - Barramentos ● Barramento de sistema ● É o barramento usado para conectar os principais componentes do computador ● Estrutura de barramentos – De dados ● Sua largura constitui um parâmetro fundamental de desempenho – De endereço ● Sua largura determina a capacidade máxima de armazenamento – De controle ● Escrita/leitura em memória, escrita/leitura em porta de E/S, confirmação de transferência, requisição/concessão de barramento, requisição/confirmação de interrupção, relógio, inicialização.
  17. 17. AOC - Barramentos ● Tipos de barramentos – Dedicados ● Associados a um subconjunto de componentes físicos – Multiplexados ● As linhas de barramento são utilizadas com vários propósitos – multiplexação de tempo ● Vantagens: economia de espaço e diminuição de custo ● Desvantagens: circuitos mais complexos – maior controle; compartilhamento não permite certas operações em paralelo
  18. 18. AOC - Barramentos ● PCI – Peripheral Component Interconnect ● Usado para subsistemas de E/S de alta velocidade ● Permite até 46 linhas de dados de 66 MHz ● Taxa de transferência de 4,22 Gbps ● Baixo custo ● Pode conectar outros barramentos
  19. 19. AOC – Memória Interna ● Características fundamentais – Localização ● Processador; interna (principal); externa (secundária) – Capacidade ● Memória interna (expressa em bits – 32/64 bits); externa (expressa em bytes) – Unidade de transferência ● Palavra; bloco
  20. 20. AOC – Memória Interna ● Características fundamentais – Método de acesso ● Sequencial ● Direto – Acesso em nível de bloco ● Aleatório – Acesso em nível de posição de memória ● Associativo – Implementa processo de busca por conteúdo e não por endereço
  21. 21. AOC – Memória Interna ● Características fundamentais – Desempenho ● Tempo de acesso – Memória de acesso aleatório: tempo para efetuar uma operação de escrita/leitura – Memória de acesso não-aleatório: tempo para posicionar o mecanismo de escrita/leitura na posição desejada ● Tempo de ciclo de memória – É o tempo de acesso mais o tempo necessário antes que um segundo acesso possa ser iniciado ● Desaparecimento de transientes nas linhas de controle ● Regeneração dos dados – leitura destrutiva ● Taxa de transferência – Taxa na qual os dados podem ser transferidos de/para a memória
  22. 22. AOC – Memória Interna ● Características fundamentais – Tecnologia ● Semicondutor; superfície magnética; ótica – Características físicas ● Volátil; não-volátil; apagável; não-apagável – Organização ● Arranjo dos bits para formar as palavras
  23. 23. AOC – Memória Interna ● Hierarquia da memória – Usada porque tempo de acesso, custo e capacidade de armazenamento são características conflitantes ● Do topo para a base – O custo diminui – A capacidade aumenta – Tempo de acesso aumenta – A frequência de acesso pelo processador diminui
  24. 24. AOC – Memória Interna ● Memória principal – Memória de semicondutor
  25. 25. AOC – Memória Interna ● Memória principal – Memória RAM ● Dinâmica – Dados armazenados em capacitores – Precisa de um processo de refresh – Menos componentes – menor custo – maior capacidade – menor desempenho ● Estática – Dados armazenados em flip-flops com portas lógicas – Não há necessidade de refresh – Mais componentes – maior custo – menor capacidade – maior desempenho
  26. 26. AOC – Memória Interna ● Memória Cache – É uma memória de acesso mais rápido, localizada próximo ao processador – Atualmente existe mais de um nível de memória cache ● Cache interna (L1) – De dados – De instrução ● Cache externa (L2)
  27. 27. AOC – Memória Interna ● Memória Cache Indica o bloco de memória
  28. 28. AOC – Memória Externa ● Disco Magnético – Prato circular de metal ou plástico, coberto com material magnetizável – Escrita/leitura feita pelo cabeçote ou cabeça de leitura/gravação
  29. 29. AOC – Memória Externa ● Disco Magnético – Organização dos dados ● Os discos são organizados em trilhas e setores – Uma trilha tem a largura do cabeçote de leitura/gravação, e entre cada uma há um espaço (gap) para evitar ou minimizar a ocorrência de erros devido ao mal posicionamento do cabeçote – Quanto mais interna, mais densa a a informação dentro de uma trilha – Setores são os blocos de uma trilha
  30. 30. AOC – Memória Externa ● Disco Magnético – Organização dos dados ● Podem existir 500 a 2000 trilhas por superfície ● Podem existir 10 a 100 setores por trilha ● O processo de formatação divide o disco em setores e trilhas, acrescentando informações de controle, não visíveis ao usuário, identificando a quantidade, tamanho, início e fim das trilhas e setores
  31. 31. AOC – Memória Externa ● Disco Magnético – Características físicas ● Cabeçote fixo – Um cabeçote para cada trilha ● Cabeçote móvel – Um cabeçote único montado em um braço móvel ● Disco não removível – Montado permanentemente na unidade de disco ● Disco removível – Pode ser removido e substituído
  32. 32. AOC – Memória Externa ● Disco Magnético – Características físicas ● Cobertura magnetizável em um só lado ● Cobertura magnetizável nos dois lados ● Um único prato ● Pratos múltiplos – Os pratos são agrupados em pacotes de discos
  33. 33. AOC – Memória Externa ● Disco Magnético – Parâmetros de desempenho ● Tempo de busca – Tempo para posicionar o cabeçote na trilha ● Atraso/latência rotacional – Tempo para posicionar o setor ● Tempo de acesso – Tempo de busca + atraso rotacional ● Espera por canal – Quando diversas unidade de E/S compartilham o mesmo canal
  34. 34. AOC – Memória Externa ● Disco Magnético – Sistema RAID ● O aumento de desempenho da memória principal e dos processadores é maior que o da memória externa ● Para diminuir essa diferença são utilizados componentes em paralelo operando independentemente ● São acrescentados mecanismos de redundância de dados para aumentar a confiabilidade dos mesmos ● Caraterísticas – Agrupamento de discos físicos visto como uma única unidade lógica – Os dados são distribuídos pelas unidades físicas – Redundância usada para armazenar informações de paridade, para recuperação em caso de falhas em discos
  35. 35. AOC – Memória Externa ● Fita magnética ● Disco óptico
  36. 36. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – São dispositivos que se conectam ao barramento do sistema – Controlam um ou mais dispositivos – Contêm a lógica para efetuar a comunicação entre o periférico e o barramento
  37. 37. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Inviabilidade de conexão direto ao barramento de sistema ● Há uma grande variedade de periféricos com diferentes mecanismos de comunicação, impossibilitando incorporar ao processador cada uma dessas lógicas ● Taxas de transferências de dados dos periféricos são muito menores que as taxas de transferência entre memória e processador ● Periféricos usam formatos de dados e tamanhos de palavras diferentes
  38. 38. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Objetivo ● Fornecer interface com o processador e a memória ● Permitir a interface com os demais dispositivos periféricos
  39. 39. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Dispositivos Externos ● Categorias – Comunicação com o usuário ● Terminais de vídeo, impressoras, ... – Comunicação com a máquina ● Discos e fitas magnéticas – Comunicação com dispositivos remotos ● Módulos de comunicação
  40. 40. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Dispositivos Externos ● Modelo geral – Sinais de controle ● Determinam a função a ser executada – Dados ● Bits a serem enviados ou recebidos – Sinais de estado ● Indicam o estado do dispositivo – Lógica de controle ● Controle a sua operação em resposta a um comando – Transdutor ● Converte os sinais elétricos em sinais manipulados pelo dispositivo
  41. 41. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Funções ● Controle e temporização – Controla o fluxo de dados entre os recursos internos e os dispositivos externos ● Comunicação com o processador – Decodificação do comando – Transferência de dados – Informação de estado – Reconhecimento de endereço
  42. 42. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Funções ● Comunicação com dispositivos ● Área de armazenamento temporário de dados ● Detecção de erros
  43. 43. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Técnicas para a realização das operações de E/S ● Programada – Dados transferidos entre processador e o módulo de E/S – O processador controla diretamente as operações ● Detecção do estado do dispositivo ● Envio de comandos de leitura/escrita ● Executa a transferência de dados – O processador envia um comando e espera até que a operação seja concluída – O processador é quem faz a transferência de dados de/para a memória principal
  44. 44. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Técnicas para a realização das operações de E/S ● Dirigida por interrupção – O processador envia um comando para o módulo de E/S e continua executando suas outras instruções – O mesmo é interrompido como o módulo tiver completado seu trabalho – O processador é quem faz a transferência de dados de/para a memória principal ● Acesso direto à memória – É uma técnica especial por interrupção onde a transferência de dados entre o módulo à memória acontece sem a intervenção do processador
  45. 45. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Tipos de interface – Serial ● Usa uma linha de conexão entre o módulo de E/S e o dispositivo periférico para a transferência dos dados – Paralela ● Usa várias linhas de conexão
  46. 46. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Tipos de conexão – Ponto a ponto ● Oferece uma linha dedicada entre o módulo de E/S e o periférico – Multiponto ● Usadas para a conexão de dispositivos externos e de armazenamento em massa e dispositivos multimídia ● Exemplos: SCSI e FireWire
  47. 47. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Conexão SCSI – Interface para pequenos componentes computacionais – É uma interface padrão para unidades de leitura, equipamentos de áudio, e dispositivos externos de armazenamento em massa – Usa uma interface paralela – Os dispositivos são conectados em uma cadeia circular, sendo um ponto desta cadeia conectado ao computador – Permite o funcionamento dos dispositivos de forma independente, podendo haver a troca de dados entre os dispositivos sem envolver o processador
  48. 48. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Conexão SCSI – Os dados são transferidos na forma de pacotes de mensagens ● Mensagens trocadas entre um iniciador e um alvo – Fases de atividade no barramento ● Barramento livre ● Arbitração ● Quando um dispositivo ganha o controle do barramento ● Seleção ● Quando um iniciador seleciona um alvo ● Restabelecimento da conexão ● Alvo restabelece conexão com iniciador para retomar uma operação suspensa pelo alvo
  49. 49. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Conexão SCSI – Fases de atividade no barramento ● Comandos ● Dados ● Estado ● Alvo realiza requisição para que uma informação de estado seja ao envidada ao iniciador ● Mensagem ● O iniciador requisita transferência de mensagens do alvo para o inciador e vice-versa
  50. 50. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Conexão SCSI – Fases de atividade no barramento
  51. 51. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Barramento FireWire – É o padrão IEEE 1394 – Possibilita a transferência de dados em alta velocidade – É uma interface de baixo custo e fácil implementação – Usa a transmissão serial – Permite a conexão de 63 dispositivos em uma única porta, sendo possível a interconexão de até 1022 barramentos entre si – Permite a configuração automática ● Não é preciso especificar um endereço distinto para cada dispositivo
  52. 52. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Barramento FireWire – Não existem terminadores – Não precisa ter a configuração circular, podendo assumir uma configuração em árvore
  53. 53. AOC – Dispositivos de E/S ● Módulos de E/S – Interface externa ● Barramento FireWire – Implementado em protocolo de três camadas ● Camada física ● Define os meios de transmissão, as características físicas e de sinalização ● Camada de enlace ● Descreve a transmissão de dados em pacote ● Camada de transação ● Define um protocolo de requisição-resposta, que encapsula os detalhes das camadas inferiores
  54. 54. AOC - CPU ● Unidade Central de Processamento – Componentes ● Unidade lógica e aritmética ● Registradores ● Unidade de controle ● Relógio ● Interconexões entre esses componentes
  55. 55. AOC - CPU ● Ações executadas pela CPU – Busca de instrução – Interpretação da instrução – Busca de dados – Processamento de dados – Escrita de Dados
  56. 56. AOC - CPU ● Visões da CPU
  57. 57. AOC - CPU ● Unidade Lógica e Aritmética – Executa as operações lógicas e aritméticas – Baseada em dispositivos lógicos digitais simples – Armazenam dígitos binários – Efetuam operações simples da lógica booleana
  58. 58. AOC - CPU ● Registradores – Fazem parte da hierarquia de memória do computador – São divididos em dois grupos ● Visíveis ao usuário ● De controle e de estado
  59. 59. AOC - CPU ● Registradores – Visíveis ao usuário ● De propósito geral ● De dados ● De endereço ● De códigos de condição
  60. 60. AOC - CPU ● Registradores – De controle e de estado ● Controle de programa (PC) ● De instrução ● De endereçamento à memória ● De armazenamento temporário de dados – São usados em conjunto para a transferência de dados entre CPU e memória
  61. 61. AOC - CPU ● Registradores – De controle e de estado ● PSW (palavra de estado de programa) – Contém códigos de condição e informações de estado ● Sinal – bit de sinal resultante de uma operação ● Zero – indica que resultado da operação é igual a 0 ● Vai-um – usado para operações aritméticas de múltiplas palavras ● Igual – indica igualdade em uma comparação ● Overflow – indica estouro de capacidade em operações aritméticas ● Habilitar/desabilitar interrupção ● Supervisor – indica modo de operação da CPU. Algumas instruções só podem ser executadas ou algumas áreas de memória só podem se acessadas se a CPU estiver no modo supervisor
  62. 62. AOC - CPU ● Registradores – De controle e de estado ● Podem existir ainda os seguintes registradores: – Registrador que aponta para um endereço de memória que contenha o bloco de controle de processos – Registrador de vetor de interrupções – Registrador de controle de pilha (para controle de chamadas a subrotinas) – Registrador para tabela de páginas para controle da memória virtual – Registrados para controle das operações de E/S
  63. 63. AOC - CPU ● Unidade de Controle – É o componente que controla a operação do processador – O funcionamento do processador depende das seguintes definições ● Operações a executar ● Modos de endereçamento ● Registradores ● Interface com o módulo de E/S ● Interface com o módulo de memória ● Estrutura de processamento de interrupção
  64. 64. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Operações a executar ● Microoperações – São os passos necessários para a execução de cada um dos subciclos de instrução
  65. 65. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução ● Etapas – Busca ● Lê a próxima instrução da memória para a CPU – Execução ● Interpreta e efetua a operação indicada – Interrupção ● Quando habilitadas, na ocorrência de interrupções, salva o estado do processo atual e processa a interrupção
  66. 66. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução ● Ciclo indireto – É ativado quando é utilizado o endereçamento indireto para acesso à memória – No endereçamento direto o tamanho do campo de endereço é menor que o tamanho de uma palavra, limitando a quantidade de memória endereçada. No endereçamento indireto o campo de endereço aponta para uma posição de memória que contém o endereço do operando.
  67. 67. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução ● Busca – Para este processo, consideramos os seguintes registradores ● Registrador de endereço de memória (MAR) ● Especifica o endereço de memória para uma operação de R/W ● Registrador de armazenamento temporário de dados (MBR) ● Contém um valor a ser armazenado ou o último valor lido da memória ● Contador de programa (PC) ● Contém o endereço da próxima instrução a ser executada ● Registrador de instrução (IR) ● Mantém a última instrução buscada da memória
  68. 68. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução ● Busca – Etapas ● O endereço da próxima instrução está em PC ● Esse endereço é movido para MAR ● Esse endereço é movido para o barramento de endereços e o conteúdo lido é colocado em MBR ● O PC é incrementado em uma unidade – O processo é executado em em três passos e quatro microoperações
  69. 69. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução ● Ciclo indireto – Deve acontecer antes da execução da instrução ser for utilizado o endereçamento indireto ● Etapas ● O campo de endereço da instrução é transferido para MAR ● O conteúdo desse endereço é transferido para MBR ● O conteúdo do endereço apontado por MBR é transferido para IR
  70. 70. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução ● Ciclo de interrupção – Ativado toda vez que ocorre uma interrupção ● Etapas ● O conteúdo do PC é transferido para o MBR ● O endereço para salvamento é carregado em MAR ● O PC é carregado com o endereço da rotina de interrupção ● O conteúdo do MBR é salvo no endereço apontado por MAR ● Essas etapas podem variar de acordo com os níveis e/ou tipos de interrupções tratadas
  71. 71. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução ● Ciclo de execução – Este ciclo é mais complexo, envolvendo uma série de microoperações – Exemplo 1: operação de adição ● ADD R1,X
  72. 72. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução ● Ciclo de execução – Exemplo 2: incrementar um valor e, caso esse valor seja zero, é pulada uma instrução ● ISZ X
  73. 73. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Ciclo de Instrução como um todo
  74. 74. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Modelo geral
  75. 75. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Modelo geral ● Entradas – Relógio ● Faz a marcação de tempo da CPU ● A unidade de controle faz com que cada microoperação seja executada a cada pulso do relógio (ciclo do processador ou de relógio) – Registrador de instrução ● Usado para indicar as microoperações a serem executadas durante o ciclo de execução – Códigos de condição ● Determinam o estado do processador e saída de suas operações executadas pela ULA
  76. 76. AOC - CPU ● Unidade de Controle – Modelo geral ● Entradas – Sinais de controle do barramento de controle ● Fornece sinais como interrupções e de reconhecimento ● Saídas – Sinais de controle internos ao processador ● Indicam movimentação de dados entre registradores e ativação de funções específicas da ULA – Sinais de controle para o barramento de controle ● Sinais de controle para a memória e para os módulos de E/S
  77. 77. AOC – Sistema Operacional ● Sistema Operacional – É o programa que gerencia os recursos do computador – Fornece serviços para programadores – Estabelece a ordem de execução dos demais programas
  78. 78. AOC – Sistema Operacional ● Visão Geral – Objetivos ● Conveniência – Torna mais conveniente o uso do computador (interface com o usuário) ● Eficiência – Permite uma utilização mais eficiente dos recursos
  79. 79. AOC – Sistema Operacional ● Visão Geral – Objetivos ● Interface com o usuário – O usuário final tem acesso aos recursos computacionais via programas aplicativos – Programas aplicativos são desenvolvidos por programadores, utilizando programas de de utilitários e programas de sistema – O sistema operacional esconde detalhes do hardware fornecendo uma interface conveniente para o uso do sistema, atuando como um mediador entre programadores/programas utilitários e os recursos/serviços do computador
  80. 80. AOC – Sistema Operacional ● Visão Geral – Objetivos ● Interface com o usuário – Permite a execução das seguintes atividades ● Criação de programas ● Execução de programas: transferência de dados e instruções de/para memória e para dispositivos de E/S ● Acesso a dispositivos de E/S ● Acesso controlado aos arquivos ● Acesso ao sistema ● Detecção e reação a erros ● Monitoramento
  81. 81. AOC – Sistema Operacional ● Visão Geral – Objetivos ● Gerenciamento de recursos – O sistema operacional é um programa como outro qualquer – Ele prepara o processador para a execução de alguma tarefa – Transfere o controle do processador para a execução dessa tarefa – Na conclusão da tarefa, o controle é devolvido ao sistema operacional
  82. 82. AOC – Sistema Operacional ● Visão Geral – Partes do sistema operacional residentes na memória principal ● Kernel/núcleo – É a parte do sistema operacional que as funções mais frequentemente usadas ● Funções em uso – Funções que não fazem parte do núcleo mais estão em execução naquele momento
  83. 83. AOC – Sistema Operacional ● Tipos de sistemas operacionais – Sistema interativo x sistema em lotes ● Sistema interativo – O programador/usuário interage diretamente com o computador (usando interfaces) para solicitar a execução de tarefas ou efetuar transações, podendo se comunicar com o computador durante a execução dessas tarefas ● Sistema em lote – Os diversos programas de usuário são agrupados em lotes e então submetidos à execução. Não há interação com usuário, que deve esperar a conclusão do processamento para ter acesso aos resultados de saída.
  84. 84. AOC – Sistema Operacional ● Tipos de sistemas operacionais – Monoprogramado x Multiprogramado ● Monoprogramadado – Permite apenas a execução de um programa por vez ● Multiprogramado – Permite que vários programas sejam, ao mesmo tempo, carregados na memória. O tempo de processamento é divido entre eles
  85. 85. AOC – Sistema Operacional ● Tipos de sistemas operacionais – Em lote multiprogramados x de tempo compartilhado ● Em lote multiprogramados – Várias tarefas são preparadas ao mesmo tempo para a execução – Essas tarefas são carregadas na memória principal – O processador decide qual tarefa será executada em determinado instante ● De tempo compartilhado – É um sistema multiprogramado que permite interação com o usuário – Com essa técnica é permitido que vários usuários utilizem o sistema ao mesmo tempo, por meio de terminais
  86. 86. AOC – Sistema Operacional ● Sistema operacional multiprogramado – Processo ● É um programa em execução ● Estados possíveis de um processo – Novo – Pronto – Em execução – Suspenso – Concluído
  87. 87. AOC – Sistema Operacional ● Sistema operacional multiprogramado – Processo ● Bloco de controle de processos – É responsável pela identificação de cada processo no sistema operacional – Informações contidas ● Identificador ● Estado ● Prioridade ● Contador de programa: endereço da próxima instrução ● Limites de memória: onde o processo está armazenado ● Informações de contexto: estado e registradores da CPU ● Informação de estado de E/S ● Informação de contabilidade: pode incluir a quantidade de tempo de processador, o tempo total utilizado, limites de tempo de execução, contabilização de uso de recursos, etc
  88. 88. AOC – Sistema Operacional ● Sistema operacional multiprogramado – Escalonamento de processos ● É a base para a implementação da multiprogramação ● O escalonador é responsável pela decisão de que processo será executado em determinado tempo ● Tipos de escalonamento – A longo prazo – A médio prazo – A curto prazo
  89. 89. AOC – Sistema Operacional ● Sistema operacional multiprogramado – Escalonamento de processos ● A longo prazo – O escalonador a longo prazo determina que programas são admitidos para processamento – Controla o grau de multiprogramação ● Número de processos na memória ● A médio prazo – Faz parte da função de troca de processos entre as memórias principal e secundária, geralmente para processos em estado de suspensão ● A curto prazo – Decide qual a próxima tarefa a ser executada dentre as que estão em estado de pronto
  90. 90. AOC – Sistema Operacional ● Sistema operacional multiprogramado – Escalonamento de processos
  91. 91. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – É a atividade responsável por controlar o fluxo de processos na memória – Quanto mais eficiente esse gerenciamento, maior será o desempenho do computador como um todo
  92. 92. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Troca de processos na memória ● Um processador pode ficar ocioso caso todos os processos escalonados estejam esperando por uma operação de E/S ● Aumentar o tamanho da memória geraria um aumento no custo do computador ● As requisições de memória, pelos programas, têm sido cada vez maiores, aumentando o tamanho dos processos
  93. 93. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Troca de processos na memória ● Solução: implementação da troca de processos (swapping) – Toda vez que um processo estiver ocioso, dentro da memória, o mesmo é retirado para uma fila de médio prazo – No seu lugar é colocado um processo que estava nessa fila, ou então um processo da fila de longo prazo
  94. 94. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Partição de memória ● Indica como a memória está subdividida para acomodar os diferentes processos – Partições de tamanho fixo – Partições de tamanho variável
  95. 95. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Partição de memória ● Partições de tamanho fixo – A memória é dividida em blocos de tamanho fixo, mas não necessariamente com todos os blocos de mesmo tamanho – Um processo é alocado à menor partição disponível que caiba esse processo – Desvantagem: desperdício de memória
  96. 96. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Partição de memória ● Partições de tamanho variável – Cada processo aloca o espaço de memória necessário – Vantagem: economia de memória – Desvantagem: fragmentação da memória, sendo necessário um processo de compactação
  97. 97. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Partição de memória ● Partições de tamanho variável – Fragmentação da memória ● Endereço físico – Posição dentro da memória ● Endereço lógico – Posição relativa ao início do programaPÁG 276
  98. 98. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Paginação ● Técnica usada para diminuir a ineficiência das alocações das partições de tamanho fixo ou variável ● Os processos são subdivididos em pequenos pedaços de tamanhos fixos chamados de páginas ● As páginas podem ser alocadas em blocos de memória disponíveis ● O espaço desperdiçado é apenas uma fração do último bloco alocado ao processo ● Não é necessário que os blocos necessários estejam contiguamente posicionados
  99. 99. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Paginação ● Dessa forma, a memória é divida em blocos de mesmo tamanho ● Os processos são divididos em páginas do mesmo tamanho do bloco de memória ● Quando um processo é trazido para a memória, suas páginas são carregadas em blocos e é criada uma tabela de páginas
  100. 100. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Paginação
  101. 101. AOC – Sistema Operacional ● Gerenciamento de memória – Memória virtual ● Com a memória dividida em blocos e os processos em páginas, não é necessário que todo o processo fique alocado na memória principal durante a sua execução ● Apenas as páginas de código e as páginas de dados precisam estar alocados ● As demais páginas ficam residentes na memória virtual e são carregadas quando solicitado – Paginação sob demanda ● Assim é possível que um processo seja maior que toda a memória principal, não ficando limitado a esse tamanho

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