Andrew S. Tanenbaum - Organização Estruturada de Computadores.pdf

5/19/2018 Andrew S. Tanenbaum - Organizao Estruturada de Computadores.pdf

1/22

Organizao e Arquitetura deComputadores I

Introduo

Ivan Saraiva Silva

Leonardo Casillo


2/22

Sumrio Introduo

Bibliografia Recomendada

O que um computador Organizao de um

Computador

Modelo de Von Neumann

IAS Mquina de Von

Neuman Memria

Execuo de instrues

Gargalo de Von Neumann

Noes de Desempenho


3/22

Introduo

Plano de aula

Avaliaes Trs provas e um projeto

Uso da linguagem VHDL

Frum de Estudantes 2004

Design Contest


4/22

Bibliografia Recomendada Arquitetura e Organizao de Computadores - Quinta

Edio - William Stallings - Prentice Hall - 2002

Organizao estruturada de computadores, quartaedio, 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


5/22

O que um Computador

Um computador uma mquina eletrnica lgica

Programvel

Programa

Instrues

Representvel por uma hierarquia de nveis de

abstrao (Tanenbaum)

Microeletrnica (mais baixo)

Sistema Operacional (mais alto)


6/22

Nveis de Abstrao

Microeletrnica

Lgica Digital

Linguagem de Montgem

Sistema Operacional

Mquina Convencional

Linguagem orientada a problemas

Conjunto de instrues

Caracteristicas fsicas, malha de

transistores

Unidades lgicas combinacionais e

sequenciais

Microprogramao

Interpretador em firware

Gerencia de sistema e interface

de usurio

Linguagem Assembly

Linguagens de alto nvel


7/22

Organizao de um Computador

Modelo de Von Neumann (1945)

Concito de programa armazenado

Separao da Unidade Aritmtica e de Controle

Utilizao de barramentos e registradores

Hardware de entrada e sada (I/O)

UCP Memria I/O


8/22


Memria I/O

Controle

Aritmtica

Controle de

Execuo

Execuo deOperaes

Instrues

e Dados


9/22


Bloco de controle Bloco operacional

Memria

operao

endereos

instrues

dados

dados

CPU


10/22

Modelo de Von Neumann Memria: Conjunto de posies/locaes

endereveis

Palavras: Posio/locao da memria. Contmdados e instrues.

Palavra: Unidade bsica de transferncia de/paramemria.

Palavras so localizadas atravs de um endereo

Dados, instrues e endereos so codificados embinrio


11/22


Programa uma seqncia de instrues,

colocadas numa seqncia de endereos

A execuo de um programa corresponde

execuo seqencial de suas instrues

A seqncia das instrues definida de

forma dinmica em tempo de execuo

Existncia de instrues de controle de fluxo


12/22

IAS Mquina de Von Neumann

Memria

Principal

Unidade Lgica e Aritmtica

Unidade de Controle

Hardware

de Entrada

e Sada

MBR

Circuitos de Lgica e Aritmtica

MQAcumulador

MAR

Circuitos

de Controle

IBR

IR

PC

Endereo

Dados eInstrues

Unidade Central de Processamento


13/22

IAS Mquina de Von Neumann

Memria

Principal

Unidade Lgica e Aritmtica

Unidade de Controle

Hardware

de Entrada

e Sada

MBR

Circuitos de Lgica e Aritmtica

MQAcumulador

MAR

Circuitos

de Controle

IBR

IR

PC

Endereo

Dados eInstrues

Unidade Central de Processamento


14/22

Conceitos e Convenes

Registradores: Posies de memria

internas a UCP.

Dedicados e de Uso Geral

Barramento: Via de comunicao

Dados e Instrues, Endereos e Controle

Comunicao Sncrona e Assincrona


15/22

Memria

Em um computador geralmente existe umahierarquia de memria.

Cada nvel da hierarquia dividido empalavras de N bits cada

A palavra a unidade bsica detransferncia entre a UCP e a memria.

Uma memria com 2Mpalavras necessita deM bits de endereo


16/22

Memria

Posio 0

N Bits

Posio 2M - 1

2Mposies

Endereo

M Bits

N Bits


17/22

Execuo de Instrues busca daprxima instruo na memria

manda endereo, volta instruo

decodificao da instruo

interpreta cdigo da instruo

se a instruo precisa de dados (na memria)

manda endereo, busca dado

execuo da instruo

executa aes especficas para cada instruo


18/22

Execuo de Instrues

BlocoControle BlocoOperativa

operao

Memria

endereo

instruo

dados

dados

endereo instruoBC ME M

instruoME M BC

endereo operando 1ME MBC

endereo resultadoME MBC

operando 1ME M BO

operando 2ME M BO

executa somaBO

resultadoME MBO

endereo operando 2BC ME M

ordem de execuo

BC BO

BlocoOperativa


19/22

Gargalo de Von Neuman Refere-se ao trfego no barramento

vai endereo da instruo volta instruo

vo endereos dos operandos

vo e voltam operandos

Para eliminar gargalo: diminuir trfego de

informaes

manter informaes na CPU

diminuir tamanho em bits das informaes transferidas

Incluso de registradores


20/22

Noes de Desempenho Ciclo de relgio (clock): intervalos bsicos de tempo nos

quais so executadas as operaes elementares de umainstruo

transferncias de valores entre registradores

operaes aritmticas na ALU

Perodo do relgio (T): Tempo de durao de um ciclo dorelgio

Freqncia do relgio (f): Freqncia de repetio deciclos de clock por unidade de tempo

Exemplo: Se o perodo do relgio de T = 4 ns = 4x10-9

f = 1/T = 1/4x10-9 = 250 MHz


21/22

Isto significa que? Para um perodo de T=4ns

a mquina pode executar250 milhes de operaes

elementares As operaes elementares

so executadas de formasncrona com o relgio

O desempenho da

mquina e proporcional a:

n ciclos x perodo =

n ciclos freqncia

Circuito

Combinatrio

Relgio

Circuito Seqencial

T


22/22

Noes de Desempenho Tempo de UCP de execuo de um programa pode

se dividido em tempo do usurio e tempo do

sistema tempo de usurio execuo de instrues do programa

do usurio

tempo de sistema tarefas do S.O. necessrias para aexecuo do programa do usurio

Alm do tempo UCP h o tempo de resposta (outempo relgio real) que inclui:

acessos a disco, atividades de I/O

overhead do sistema operacional

Documents

Andrew S. Tanenbaum - Organização Estruturada de Computadores.pdf