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Funções de cada Componente de um Computador 1
Arquitetura e Organização deArquitetura e Organização de
ComputadoresComputadores
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Sumário
• Memória
• Memória Principal
• Os computadores não pensam
• Unidade Central de Processamento
• Barramentos e interfaces
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 3
Funções de cada Componente de um
Computador
• A arquitetura básica de um computador moderno segue
ainda de forma geral os conceitos estabelecidos pelo
Professor da Universidade de Princeton, John Von
Neumann (1903-1957), um dos construtores do EDVAC.
Von Neumann propôs construir computadores que:
1. Codificassem instruções que pudessem ser
armazenadas na memória e sugeriu que usassem
cadeias de uns e zeros (binário) para codificá-los;
2. Armazenassem na memória as instruções e todas as
informações que fossem necessárias para a execução da
tarefa desejada;
3. Ao processarem o programa, as instruções fossem
buscadas na diretamente na memória.
Este é o conceito de PROGRAMA ARMAZENADO.
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
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Funções de cada Componente de um
Computador
Unidade Central de Processamento:
• A Unidade Central de Processamento é a responsável
pelo processamento e execução de programas
armazenados na MP.
• Funções:
– Executar instruções - realizar aquilo que a instrução
determina. Realizar o controle das operações no
computador.
– a) Unidade Lógica e Aritmética (ULA) - responsável pela
realização das operações lógicas (E, OU, etc) e
aritméticas (somar, etc).
– b) Unidade de Controle (UC) - envia sinais de controle
para toda a máquina, de forma que todos os circuitos e
dispositivos funcionem adequada e sincronizadamente.
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Funções de cada Componente de
um Computador
Memória Principal:
• A Memória Principal tem por finalidade
armazenar toda a informação que é
manipulada pelo computador - programas e
dados.
• Para que um programa possa ser manipulado
pela máquina, ele primeiro precisa estar
armazenado na memória principal.
Dispositivos de Entrada e Saída (E/S)
• Tem por finalidade permitir a comunicação
entre o usuário e o computador.
• OBS.: Para executar um programa, bastaria
UCP e MP; no entanto, sem os dispositivos
de E/S não haveria a comunicação entre o
usuário e o computador.
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 7
Funções de cada Componente de
um Computador - Memória
Tecnologia de fabricação
• Ao longo do tempo, diversas tecnologias vêm sendo
desenvolvidas para a fabricação de memórias.
• Atualmente algumas dessas tecnologias já são obsoletas,
como as memórias de núcleo de ferrite (magnéticas), algumas
das tecnologias mais conhecidas são:
• Memórias de semicondutores  são dispositivos fabricados
com circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores. São
rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros
tipos.
Registradores e memória principal são exemplos de memórias
de semicondutores ou, mais simplesmente, memórias
eletrônicas.
• Memórias de meio magnético  são dispositivos, como os
disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas, fabricados de
modo a armazenar informações sob a forma de campos
magnéticos.
Eles possuem características magnéticas semelhantes às das
fitas cassetes de som, as quais são memórias não voláteis.
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 8
Funções de cada Componente de
um Computador - Memória
Hierarquia de Memória
• A MP não é o único dispositivo de armazenamento de um
computador.
• Em função de características como tempo de acesso,
capacidade de armazenamento, custo, etc., podemos
estabelecer uma hierarquia de dispositivos de
armazenamento em computadores.
• Devido a essa grande variedade de tipos de memória, não
é possível implementar um sistema de computação com
uma única memória.
• Na realidade, há muitas memórias no computador, as
quais se interligam de forma bem estruturada, constituindo
um sistema em si, parte do sistema global de computação,
podendo ser denominado subsistema de memória.
• A pirâmide da figura abaixo é projetada com base larga,
que simboliza a elevada capacidade, o tempo de uso e o
custo do componente que a representa.
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 9
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um Computador - Memória
Hierarquia de Memória
•
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 10
Funções de cada Componente de
um Computador - Memória
Parâmetros de análise
• A seguir serão definidos os principais parâmetros para
análise das características de cada tipo de memória
componente da hierarquia:
• Tempo de Acesso  é o período de tempo gasto
decorrido desde o instante em que foi iniciada a
operação de acesso até que a informação requerida
(instrução ou dado) tenha sido efetivamente
transferida.
Pode ser chamado tempo de acesso para leitura ou
simplesmente tempo de leitura.
É dependente do modo como o sistema de memória é
constituído e da velocidade dos seus circuitos.
Ele varia bastante de acordo com o tipo de memória
analisado, sendo valores típicos entre 50 e 150
nanossegundos (ns), por exemplo, para uma memória
principal (tipo DRAM) e de 12 a 60 milissegundos (ms)
para discos magnéticos (memória secundária).
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 11
Funções de cada Componente de
um Computador - Memória
Parâmetros de análise
• Capacidade  é a quantidade de informação que pode
ser armazenada em uma memória; a unidade de
medida mais comum é o byte, embora também possam
ser usadas outras unidades como células (no caso da
memória principal e cache), setores (no caso de discos)
e bits (no caso de registradores).
• Dependendo do tamanho (tamanho refere-se a
quantidade de informação que pode ser armazenada e
não no tamanho físico) da memória, isto é, de sua
capacidade, indica-se o valor numérico total de
elementos de forma simplificada, através da inclusão de
K (kilo), M (mega), G (giga) ou T (tera).
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 12
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Funções de cada Componente de
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Parâmetros de análise - Capacidade
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terabyte TB 1012
petabyte PB 1015
exabyte EB 1018
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ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 14
Funções de cada Componente de
um Computador - Memória
Parâmetros de análise
• Volatilidade  memórias podem ser do tipo volátil ou
não volátil.
Uma memória não volátil é a que retém a informação
armazenada quando a energia elétrica é desligada.
Memória volátil é aquela que perde a informação
armazenada quando a energia elétrica desaparece
(interrupção de energia elétrica ou desligamento da
chave ON/OFF do equipamento).
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 15
Funções de cada Componente de
um Computador - Memória
Parâmetros de análise
• Temporariedade  trata-se de uma característica que
indica o conceito de tempo de permanência da
informação em um dado tipo de memória.
Por exemplo, informações (programas e dados) podem
ser armazenadas em discos ou disquetes e lá
permanecerem armazenadas indefinidamente (mas há
sempre a possibilidade de perda de magnetismo com o
passar do tempo) a este tipo de memória define-se
como permanente.
Ao contrário dos registradores, que armazenam um
dado por um tempo extremamente curto
(nanossegundos), a este tipo chamamos de
transitória.
ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores
Funções de cada Componente de um Computador 16
Funções de cada Componente de
um Computador - Memória
Parâmetros de análise
• Custo  o custo de fabricação de uma memória é
bastante variado em função de diversos fatores, tipo:
tecnologia de fabricação, tempo de acesso, e outros. Uma
boa forma de medida de custo é o preço por byte
armazenado, em vez do custo total. O quadro a seguir
mostra mais características:
• A UCP vê nesta ordem e acessa primeiro a que está mais
próxima. Subindo na hierarquia, quanto mais próximo da
UCP, maior velocidade, maior custo, porém menor
capacidade de armazenamento.
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Arquitetura 9
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Funções dos Componentes

  • 1. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 1 Arquitetura e Organização deArquitetura e Organização de ComputadoresComputadores Funções de cada Componente de um Computador
  • 2. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 2 Sumário • Memória • Memória Principal • Os computadores não pensam • Unidade Central de Processamento • Barramentos e interfaces
  • 3. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 3 Funções de cada Componente de um Computador • A arquitetura básica de um computador moderno segue ainda de forma geral os conceitos estabelecidos pelo Professor da Universidade de Princeton, John Von Neumann (1903-1957), um dos construtores do EDVAC. Von Neumann propôs construir computadores que: 1. Codificassem instruções que pudessem ser armazenadas na memória e sugeriu que usassem cadeias de uns e zeros (binário) para codificá-los; 2. Armazenassem na memória as instruções e todas as informações que fossem necessárias para a execução da tarefa desejada; 3. Ao processarem o programa, as instruções fossem buscadas na diretamente na memória. Este é o conceito de PROGRAMA ARMAZENADO.
  • 4. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 4 Funções de cada Componente de um Computador
  • 5. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 5 Funções de cada Componente de um Computador Unidade Central de Processamento: • A Unidade Central de Processamento é a responsável pelo processamento e execução de programas armazenados na MP. • Funções: – Executar instruções - realizar aquilo que a instrução determina. Realizar o controle das operações no computador. – a) Unidade Lógica e Aritmética (ULA) - responsável pela realização das operações lógicas (E, OU, etc) e aritméticas (somar, etc). – b) Unidade de Controle (UC) - envia sinais de controle para toda a máquina, de forma que todos os circuitos e dispositivos funcionem adequada e sincronizadamente.
  • 6. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 6 Funções de cada Componente de um Computador Memória Principal: • A Memória Principal tem por finalidade armazenar toda a informação que é manipulada pelo computador - programas e dados. • Para que um programa possa ser manipulado pela máquina, ele primeiro precisa estar armazenado na memória principal. Dispositivos de Entrada e Saída (E/S) • Tem por finalidade permitir a comunicação entre o usuário e o computador. • OBS.: Para executar um programa, bastaria UCP e MP; no entanto, sem os dispositivos de E/S não haveria a comunicação entre o usuário e o computador.
  • 7. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 7 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Tecnologia de fabricação • Ao longo do tempo, diversas tecnologias vêm sendo desenvolvidas para a fabricação de memórias. • Atualmente algumas dessas tecnologias já são obsoletas, como as memórias de núcleo de ferrite (magnéticas), algumas das tecnologias mais conhecidas são: • Memórias de semicondutores  são dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores. São rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos. Registradores e memória principal são exemplos de memórias de semicondutores ou, mais simplesmente, memórias eletrônicas. • Memórias de meio magnético  são dispositivos, como os disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas, fabricados de modo a armazenar informações sob a forma de campos magnéticos. Eles possuem características magnéticas semelhantes às das fitas cassetes de som, as quais são memórias não voláteis.
  • 8. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 8 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Hierarquia de Memória • A MP não é o único dispositivo de armazenamento de um computador. • Em função de características como tempo de acesso, capacidade de armazenamento, custo, etc., podemos estabelecer uma hierarquia de dispositivos de armazenamento em computadores. • Devido a essa grande variedade de tipos de memória, não é possível implementar um sistema de computação com uma única memória. • Na realidade, há muitas memórias no computador, as quais se interligam de forma bem estruturada, constituindo um sistema em si, parte do sistema global de computação, podendo ser denominado subsistema de memória. • A pirâmide da figura abaixo é projetada com base larga, que simboliza a elevada capacidade, o tempo de uso e o custo do componente que a representa.
  • 9. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 9 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Hierarquia de Memória •
  • 10. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 10 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Parâmetros de análise • A seguir serão definidos os principais parâmetros para análise das características de cada tipo de memória componente da hierarquia: • Tempo de Acesso  é o período de tempo gasto decorrido desde o instante em que foi iniciada a operação de acesso até que a informação requerida (instrução ou dado) tenha sido efetivamente transferida. Pode ser chamado tempo de acesso para leitura ou simplesmente tempo de leitura. É dependente do modo como o sistema de memória é constituído e da velocidade dos seus circuitos. Ele varia bastante de acordo com o tipo de memória analisado, sendo valores típicos entre 50 e 150 nanossegundos (ns), por exemplo, para uma memória principal (tipo DRAM) e de 12 a 60 milissegundos (ms) para discos magnéticos (memória secundária).
  • 11. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 11 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Parâmetros de análise • Capacidade  é a quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória; a unidade de medida mais comum é o byte, embora também possam ser usadas outras unidades como células (no caso da memória principal e cache), setores (no caso de discos) e bits (no caso de registradores). • Dependendo do tamanho (tamanho refere-se a quantidade de informação que pode ser armazenada e não no tamanho físico) da memória, isto é, de sua capacidade, indica-se o valor numérico total de elementos de forma simplificada, através da inclusão de K (kilo), M (mega), G (giga) ou T (tera).
  • 12. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 12 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Parâmetros de análise • Capacidade  é a quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória; a unidade de medida mais comum é o byte, embora também possam ser usadas outras unidades como células (no caso da memória principal e cache), setores (no caso de discos) e bits (no caso de registradores). • Dependendo do tamanho (tamanho refere-se a quantidade de informação que pode ser armazenada e não no tamanho físico) da memória, isto é, de sua capacidade, indica-se o valor numérico total de elementos de forma simplificada, através da inclusão de K (kilo), M (mega), G (giga) ou T (tera).
  • 13. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 13 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Parâmetros de análise - Capacidade Múltiplos do byte Nome Símbolo Múltiplo Kilobyte KB 103 megabyte MB 106 gigabyte GB 109 terabyte TB 1012 petabyte PB 1015 exabyte EB 1018 zettabyte ZB 1021 yottabyte YB 1024
  • 14. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 14 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Parâmetros de análise • Volatilidade  memórias podem ser do tipo volátil ou não volátil. Uma memória não volátil é a que retém a informação armazenada quando a energia elétrica é desligada. Memória volátil é aquela que perde a informação armazenada quando a energia elétrica desaparece (interrupção de energia elétrica ou desligamento da chave ON/OFF do equipamento).
  • 15. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 15 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Parâmetros de análise • Temporariedade  trata-se de uma característica que indica o conceito de tempo de permanência da informação em um dado tipo de memória. Por exemplo, informações (programas e dados) podem ser armazenadas em discos ou disquetes e lá permanecerem armazenadas indefinidamente (mas há sempre a possibilidade de perda de magnetismo com o passar do tempo) a este tipo de memória define-se como permanente. Ao contrário dos registradores, que armazenam um dado por um tempo extremamente curto (nanossegundos), a este tipo chamamos de transitória.
  • 16. ArquiteturaeorganizaçãodeComputadores Funções de cada Componente de um Computador 16 Funções de cada Componente de um Computador - Memória Parâmetros de análise • Custo  o custo de fabricação de uma memória é bastante variado em função de diversos fatores, tipo: tecnologia de fabricação, tempo de acesso, e outros. Uma boa forma de medida de custo é o preço por byte armazenado, em vez do custo total. O quadro a seguir mostra mais características: • A UCP vê nesta ordem e acessa primeiro a que está mais próxima. Subindo na hierarquia, quanto mais próximo da UCP, maior velocidade, maior custo, porém menor capacidade de armazenamento.