 O documento discute a CPU, barramentos e clock interno de um computador. Descreve as definições e constituição interna da CPU e como se liga aos outros componentes através de barramentos. Explica os diferentes tipos de barramentos e como funcionam para transmitir dados entre dispositivos.

1. CPU e Barramentos
o Clock interno
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2. Sumário
 CPU
 Definições
 Constituição interna
 Ligações ao exterior: dados, endereços, controlo
 Barramentos
 Definições
 Tipos de barramentos
 Arbitragem do barramento
 Interrupções
 Mapeamento de I/O / Descodificação de endereços
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3. CPU
 CPU – Central Processing Unit
 É o órgão responsável pela actividade de um computador
 Executa instruções que estão armazenadas na memória. À
leitura de uma instrução dá-se a designação de fetch
 O CPU inclui
 ALU – Arithmetic Logic Unit
 Unidade de controlo
 Registos
 Linhas de comunicação internas – barramentos internos
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4. Barramentos
 Um barramento (Bus) é um conjunto de linhas partilhado por vários dispositivos
Cada barramento obedece a um conjunto de regras (Bus Protocol) e é
caracterizado por um conjunto de especificações eléctricas e mecânicas
Num computador existem vários tipos de barramentos
 Barramento local
 Barramento de sistema
 Barramento interno ao processador
 Caminhos que permitem o transporte de dados entre os vários elementos:
CPU, memória, placas de expansão, sistema de entrada e saída, etc...
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5. Barramentos
 Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit de cada vez
 Barramento de 8 linhas  1 byte
 Barramento de 32 linhas  4 bytes
 Exemplos de padrões de barramento de expansão:
 ISA (Industry Standard Architecture),
 MCA (Microchannel Architecture),
 EISA (Extended Industry Standard Architecture),
 VLB (Vesa Local Bus),
Serão exemplo os mais modernos
 PCI (Peripheral Component Interconnect),
 AGP (Accelerated Graphics Port),
 USB (Universal Serial Bus)
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6. Barramentos
Padrão PCI
 Os dados são transmitidos em 64 bits
 Desenvolvido inicialmente pela Intel
 Desenvolvido para o Pentium e para o Pentium Pro
 Mais barato e versátil que o VLB
 Alto desempenho
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7. Barramentos
Padrão AGP
 Desenvolvido para as placas de vídeo mais modernas (3D) e
processadores Pentium II
 2 vezes mais rápido que o PCI
 Permite a placa de vídeo aceder directamente a memória para
armazenar texturas sem que os dados passem pelo processador
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8. Barramentos
Padrão USB
 Novo padrão para a conexão de periféricos externos
 Facilidade de uso
 Possibilidade de conectar vários periféricos a uma única porta USB
 Considerado 1º barramento para Computadores realmente Plug-and-
Play
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9. Barramentos
Exemplo de barramentos num computador
Internos Local Sistema
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10. Barramentos
Noção de Master e Slave de um barramento
 Master – dispositivo que requisita o barramento tomando a iniciativa
numa transferência de dados
 Slave – dispositivo que serve o pedido
 A maioria dos dispositivos pode tanto ser master como ser slave,
excepto a memória que é sempre slave
Exemplos:
 O CPU o pede ao controlador de disco para ler um bloco em disco
 O controlador de disco pede à memória para aceitar os dados que
foram lidos do disco
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11. Barramentos
Ligação de vários dispositivos periféricos
 Vários dispositivos periféricos podem partilhar o mesmo barramento
 Tal facto é possível devido a
 Utilização de buffers tri-state
 Existência de arbitragem no barramento
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12. Arbitragem do barramento
A arbitragem do barramento existe para impedir a dois dispositivos diferentes
sejam master simultaneamente.
Existem dois tipos de arbitragem
 Centralizada – existe um dispositivo – árbitro – ao qual estão ligados
todos os periféricos
 Descentralizada – cada periférico verifica primeiro se já existe um
outro periférico que seja master do barramento
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13. Interrupções
 Designa-se por interrupção um evento que faça com o CPU interrompa
(temporariamente) a normal execução de um programa
 Exemplos:
 Pedido de um periférico que não pode esperar
 Existência de um erro num programa
 Quando ocorre uma interrupção, o CPU terá que salvaguardar o conteúdo
de todos os seus registos
 A interrupção é servida através da execução de um conjunto de instruções
pré-definidas
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14. Interrupções
Existem vários tipos de interrupções
 Hardware
 Pedidos de dispositivos periféricos, relógio do sistema, circuitos de
monitorização de energia
 Software
 Uma interrupção causada por um programa (e.g., envio de dados
para o écran)
 Excepção
 Ocorrem devido a utilizações indevidas de instruções ou de dados
(e.g., divisão por 0, acesso a uma posição de memória protegida,
etc.)
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15. Interrupções
 Interrupt requests (IRQ)
 Canais para requisição de interrupções – um canal por periférico
 Interrupt controller (PIC)
 Um controlador de interrupções é responsável pelo encaminhamento
das interrupções dos periféricos para o processador
 Estabelece um protocolo com o processador, trocando dados
necessários para servir a interrupção
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16. Descodificação de Endereços
 Os periféricos podem ser mapeados para posições de memória (memory-
mapped I/O)
 Desta maneira poupam-se linhas de barramento dedicadas para cada
periférico
 As transferências de dados podem ser vistas como operações de leitura /
escrita em memória
 Põe-se então um problema: como activar os chips correspondentes ao
controlo destes periféricos ?
 Utiliza-se descodificação de endereços
 Desta maneira a cada periférico fica associado um conjunto de
endereços 16

17. Clock interno
 Coração do computador  Emite pulsos eléctricos que se
propagam pelo barramento
 Movido por um cristal de quartzo localizado na placa mãe
 As moléculas deste cristal vibram milhões / biliões de vezes por
segundo, em velocidade constante
 As vibrações são usadas para cronometrar operações de
processamento e ditar a velocidade de transferência de dados
 Expresso em termos de frequência – Hertz (Hz)
 1 Hz = 1 ciclo por segundo (1 operação realizada a cada ciclo)
 Exemplo: Computador de 1 GHz emite 1 bilhão de pulsos eléctricos
por segundo – 1 bilhão de realizadas por segundo
 O processador não possui gerador de clock. Opera multiplicando o
sinal recebido da placa mãe 17

18. Clock interno
 Tecnologia relacionada ao número de instruções de processamento
que podem ser reconhecidas
 CISC (Complex Instruction Set Computing)
Conjunto Complexo de Instruções
 Reconhece mais de uma centena de instruções
 É mais lento na execução das instruções (quanto > número de
instruções > tempo)
 A maioria dos microprocessadores são CISC
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19. Clock interno
RISC (Reduced Instruction Set Computing)
 Conjunto Reduzido de Instruções
RISC
 Reconhece um número limitado de instruções que, em
contrapartida, são optimizadas para que sejam executadas com
mais rapidez
 Redução do conjunto de instruções ao mínimo: as instruções
não contempladas são executadas como combinações das
existentes
 Desempenho de 50-75% superior a um CISC 19