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Carregado porJosé De Matos Ventura
Introducao aula-i
O documento apresenta os principais conceitos de organização e arquitetura de computadores, incluindo o modelo de Von Neumann, a execução de instruções, a memória e o gargalo de Von Neumann.
Introducao aula-i
- 1. Organização e Arquiteturade Computadores I Introdução Ivan Saraiva Silva Leonardo Casillo
- 2. Sumário • Introdução • Gargalo de Von Neumann • Bibliografia Recomendada • Noções de Desempenho • O que é um computador • Organização de um Computador • Modelo de Von Neumann • IAS – Máquina de Von Neuman • Memória • Execução de instruções
- 3. Introdução • Plano deaula • Avaliações – Três provas e um projeto • Uso da linguagem VHDL • Fórum de Estudantes 2004 • Design Contest
- 4. Bibliografia Recomendada • Arquiteturae Organização de Computadores - Quinta Edição - William Stallings - Prentice Hall - 2002 • Organização estruturada de computadores, quarta edição, Andrew S. Tanenbaum • Computer Organization & Design: The Hardware/Software Interface - David A. Patterson, John L. Hennessy - Morgan Kaufmann - 1994 • Analysis and Design of Digital Systems with VHDL - Allen Dewey - PWS Publishing Company - 1997
- 5. O que éum Computador • Um computador é uma máquina eletrônica lógica • Programável – Programa • Instruções • Representável por uma hierarquia de níveis de abstração (Tanenbaum) – Microeletrônica (mais baixo) – Sistema Operacional (mais alto)
- 6. Níveis de Abstração Linguagemorientada a problemas Linguagens de alto nível Linguagem deAssembly Linguagem Montágem Gerencia de sistema e interface Sistema Operacional de usuário Máquina Convencional Conjunto de instruções Interpretador em firware Microprogramação Unidades lógicas combinacionais e Lógica Digital sequenciais Caracteristicas físicas, malha de Microeletrônica transistores
- 7. Organização de umComputador • Modelo de Von Neumann (1945) – Concito de programa armazenado – Separação da Unidade Aritmética e de Controle – Utilização de barramentos e registradores – Hardware de entrada e saída (I/O) UCP Memória I/O
- 8. Modelo de VonNeumann Controle de Execução Controle Execução de Operações Aritmética Memória I/O Instruções e Dados
- 9. Modelo de VonNeumann operação Bloco de controle Bloco operacional CPU endereços dados Memória instruções dados
- 10. Modelo de VonNeumann • Memória: Conjunto de posições/locações endereçáveis • Palavras: Posição/locação da memória. Contém dados e instruções. • Palavra: Unidade básica de transferência de/para memória. • Palavras são localizadas através de um endereço • Dados, instruções e endereços são codificados em binário
- 11. Modelo de VonNeumann • Programa é uma seqüência de instruções, colocadas numa seqüência de endereços • A execução de um programa corresponde à execução seqüencial de suas instruções • A seqüência das instruções é definida de forma dinâmica em tempo de execução – Existência de instruções de controle de fluxo
- 12. IAS – Máquinade Von Neumann Unidade Central de Processamento Unidade Lógica e Aritmética Acumulador MQ Circuitos de Lógica e Aritmética Hardware MBR de Entrada Dados e Instruções Memória e Saída Principal IBR PC MAR IR Circuitos de Controle Endereço Unidade de Controle
- 13. IAS – Máquinade Von Neumann Unidade Central de Processamento Unidade Lógica e Aritmética Acumulador MQ Circuitos de Lógica e Aritmética Hardware MBR de Entrada Dados e Instruções Memória e Saída Principal IBR PC MAR IR Circuitos de Controle Endereço Unidade de Controle
- 14. Conceitos e Convenções •Registradores: Posições de memória internas a UCP. – Dedicados e de Uso Geral • Barramento: Via de comunicação – Dados e Instruções, Endereços e Controle – Comunicação Síncrona e Assincrona
- 15. Memória • Em umcomputador geralmente existe uma hierarquia de memória. • Cada nível da hierarquia é dividido em palavras de N bits cada • A palavra é a unidade básica de transferência entre a UCP e a memória. • Uma memória com 2M palavras necessita de M bits de endereço
- 16. Memória N Bits Posição 0 M Bits 2M posições Endereço Posição 2M - 1 N Bits
- 17. Execução de Instruções •busca da próxima instrução na memória – manda endereço, volta instrução • decodificação da instrução – interpreta código da instrução • se a instrução precisa de dados (na memória) – manda endereço, busca dado • execução da instrução – executa ações específicas para cada instrução
- 18. Execução de Instruções endereço instrução BC MEM instrução MEM BC operação endereço operando 1 Bloco Bloco BC MEM Controle Operativa operando 1 MEM BO endereço operando 2 BC MEM operando 2 dados MEM BO endereço ordem de execução BC BO Memória executa soma instrução dados BO endereço resultado BC MEM resultado BO MEM
- 19. Gargalo de VonNeuman • Refere-se ao tráfego no barramento – vai endereço da instrução volta instrução – vão endereços dos operandos – vão e voltam operandos • Para eliminar gargalo: diminuir tráfego de informações – manter informações na CPU – diminuir tamanho em bits das informações transferidas – Inclusão de registradores
- 20. Noções de Desempenho • Ciclo de relógio (clock): intervalos básicos de tempo nos quais são executadas as operações elementares de uma instrução – transferências de valores entre registradores – operações aritméticas na ALU • Período do relógio (T): Tempo de duração de um ciclo do relógio • Freqüência do relógio (f): Freqüência de repetição de ciclos de clock por unidade de tempo • Exemplo: Se o período do relógio é de T = 4 ns = 4x10-9 f = 1/T = 1/4x10-9 = 250 MHz
- 21. Isto significa que? Circuito Seqüencial • Para um período de T=4ns a máquina pode executar 250 milhões de operações elementares Circuito • As operações elementares Combinatório são executadas de forma síncrona com o relógio • O desempenho da T máquina e proporcional a: nº ciclos x período = nº ciclos ÷ freqüência Relógio
- 22. Noções de Desempenho •Tempo de UCP de execução de um programa pode se dividido em tempo do usuário e tempo do sistema – tempo de usuário – execução de instruções do programa do usuário – tempo de sistema – tarefas do S.O. necessárias para a execução do programa do usuário • Além do tempo UCP há o tempo de resposta (ou tempo relógio real) que inclui: – acessos a disco, atividades de I/O – overhead do sistema operacional