O documento apresenta o modelo de Von Neumann, descrevendo suas principais características como a divisão em três sistemas de hardware (UCP, memória principal e entrada/saída), a capacidade de executar instruções sequencialmente e o gargalo de Von Neumann. Também explica o ciclo de execução das instruções nestas máquinas.

1. Introdução à
Arquitetura de
Computadores
Prof.ª Ms. Elaine Cecília Gatto
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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.
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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;
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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.
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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. Modelo de Von Neumann
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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. 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. 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
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também sinais de controle; é por onde transitam os bits

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.
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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. Modelo de Von Neumann
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13. Modelo de Von Neumann
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14. Referencias
1. MONTEIRO, Mario A. Introdução a Organização de Computadores.
5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007
2. 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. Referencias
1. 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.
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5. TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de
Computadores. 5ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.

16. Referencias
1. 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.
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