@yaskaramenescal UFERSA -RN Funcionamento Interno dos Computadores (CPU e Memória) Profa. M.Sc. Yáskara Menescal [email protected] UNIVERSIDADE

@yaskaramenescal UFERSA -RN

Funcionamento Interno dos Computadores (CPU e Memória)

Profa. M.Sc. Yáskara [email protected]

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO – UFERSADEPERTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS


Objetivos

Identificar os componentes da unidade central de processamento e explicar como eles funcionam em conjunto e como interagem com a memória.

Descrever como as instruções de programa são executadas pelo computador.

Explicar como os dados são representados no computador.

Descrever como o computador localiza instruções e dados.

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O que é um Computador ?

O que é um Computador ?

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Estrutura do computador

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Os computadores atuais são dispositivos eletrônicos que, sob direção e controle de um programa, executam quatro operações fundamentais:

Entrada (Input)

Processamento (Processing)

Saída (Output)

Armazenamento (Storage)


Estrutura do computador

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Entrada

Entrada: são os dados colocados no computador para ser processados.

Dispositivos de entrada comuns:– Teclado– Mouse– Scanner

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Saída

Saída: o resultado produzido pela CPU. Formas comuns de saída: texto, números,

gráficos e sons. Dispositivos comuns de saída:

– Tela (monitor): pode exibir texto, números, fotografias e até mesmo vídeo, totalmente em cores.

– Impressora: produz relatórios impressos conforme as instruções de um programa.

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Armazenamento de Dados

Dois tipos de armazenamento:– Armazenamento secundário:

• Armazenamento de longo prazo.• Armazenado em mídia externa;

por exemplo, um disco.

– Armazenamento primário (memória):• Armazena dados temporariamente.• A CPU referencia-o tanto para obtenção de

instruções de programa como de dados.

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Armazenamento Secundário

Provê armazenamento em longo prazo:– Separado da memória.

Mídias comuns:– Discos magnéticos– Discos ópticos– Fita magnética

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Armazenamento Primário

Usado para guardar dados temporariamente:– Depois que eles são recebidos do dispositivo

de entrada e antes de serem processados.– Depois que eles são processados e antes de

serem liberados para o dispositivo de saída. Armazenamento temporário (volátil):

– Os dados contidos na memória se perdem se a energia cair ou se o programa for fechado.

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Memória

Também conhecida como armazenamento primário e memória principal.– Freqüentemente expressa como memória de

acesso aleatório (RAM).– Não faz parte da CPU.

Retém dados e instruções para serem processados.

Armazena informações somente enquanto o programa está em operação.

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Endereços da Memória

Cada localização de memória tem um endereço:– Um número único, como em uma caixa postal.

Pode conter somente uma instrução ou peça de dados:– Quando dados são reescritos na memória, o conteúdo

anterior desse endereço é destruído. Referenciado pelo número:

– As linguagens de programação usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas ou Salário.

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Exemplo

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Representação de Dados

Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado.

Dados são representados na forma binária:– Sistema numérico

binário (base 2).– Contém somente 2

dígitos: 0 e 1.• Corresponde a dois

estados: ligado e desligado.

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Representando Dados

Bit BytePalavra

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Bit

Abreviação de binary digit (dígito binário).– Dois valores possíveis: 0 e 1.– Nunca pode estar vazio.

Unidade básica para armazenar dados:– 0 significa desligado; – 1 significa ligado

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Byte

Um grupo de 8 bits. Para texto, armazena um caractere:

– Pode ser letra, dígito ou caractere especial.

Dispositivos de memória de armazenamento são medidos em número de bytes.

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Palavra

O número de bits que a CPU processa como uma unidade.– Tipicamente, um número inteiro de

bytes.– Quanto maior a palavra, mais potente

é o computador.– Computadores pessoais tipicamente têm

32 ou 64 bits de extensão de palavras.

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Memória Cache

Um pequeno bloco de memória de alta velocidade:– Armazena os dados e as instruções usados com mais

freqüência e mais recentemente.

O microprocessador procura primeiramente na cache os dados de que necessita:– Transferidos da cache muito mais rapidamente do

que da memória.– Se não estiverem na cache, a unidade de controle

recupera-os da memória.• Quanto mais “presença de dados” na cache, mais rápido é

o desempenho do sistema.

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Memória Cache

Processador CacheRAM

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Registradores

Áreas de armazenamento temporário de alta velocidade.– Localizações de armazenamento situadas

dentro da CPU. Funcionam sob direção da unidade de

controle:– Recebem, guardam e transferem

instruções ou dados.– Controlam onde a próxima instrução a ser

executada ou os dados necessários serão armazenados.

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Registradores

UC- Unidade de controle

ULA- Unidade lógica e aritmética controle

Registradores

A B

C D

CI RI

Unidade Central de Processamento - CPU

RI- registrador de instruçõesCI- contador de instruções

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Registradores

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O Processador

Centro de atividade do computador– Consiste em circuitos elétricos:

• Interpreta e executa instruções de programa.

• Comunica-se com os dispositivos de entrada, saída e armazenamento.

Transforma dados, de fato, em informação

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Unidade Central de Processamento (CPU)

Conjunto complexo de circuitos eletrônicos.

Executa instruções de programa armazenadas.

Duas partes:– Unidade de controle– Unidade aritmética e lógica (ALU)

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Unidade de Controle

Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas.

Deve comunicar-se com a memória e com a ALU.

Envia dados e instruções do armazenamento secundário para a memória, quando necessário.

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Unidade Aritmética e Lógica

Executa todas as operações aritméticas e lógicas.

Operações aritméticas:– Adição, subtração, multiplicação, divisão.

Operações lógicas:– Compara números, letras ou caracteres

especiais.– Testa uma de três condições:

• Condição de igualdade (igual a)• Condição menor que• Condição maior que

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A CPU e a Memória

A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada:– Primeiramente, eles devem residir na memória.– A unidade de controle recupera dados do disco

e transfere-os para a memória.

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A CPU e a Memória

Itens enviados à CPU para ser processados:– A unidade de controle envia itens à CPU e

depois os envia novamente à memória após serem processados.

Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado

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Como a CPU Executa Instruções

Quatro etapas são executadas para cada instrução:– A unidade de controle recebe a

instrução da memória e a coloca em um registro.

– A unidade de controle decodifica a instrução e determina qual é a localização na memória para os dados necessários.

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Como a CPU Executa Instruções

A unidade de controle transfere dados da memória para registros na ALU.– A ALU executa instruções relativas

aos dados. A unidade de controle armazena o

resultado da operação na memória ou em um registro.

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O Ciclo da Máquina

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Barramentos

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Conceito

é um conjunto de condutores elétricos em um computador que permite a comunicação entre vários componentes do computador, tais como, o CPU, memória, unidades E/S.

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Barramentos de endereços

Conjunto de linhas (ligações físicas) que transportam o endereços das células de memória ou das portas de entrada e saída.

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Barramentos de dados

Conjunto de linhas (ligações físicas) por onde se transporta a informação digital binária (instruções, dados, resultados) entre o CPU, memória e I/O (bidirecional).

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Barramentos de controle

indica à memória ou dispositivos de E/S (I/O) se a CPU deseja fazer uma operação de leitura ou escrita.

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Exemplo: funcionamento interno CPU/Memória

O processador está executando um programa e buscou a seguinte instrução:– some #0 e #2 e guarde o resultado em

#3 onde #0 e #2 são endereços de memória

– onde se encontram os valores a serem somados

– supondo que #0 contém o número 13 #2 contém o número 20

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“Apresente valor armazenado no endereço de memória 3 na tela do computador.”

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Conclusões

Componentes da CPU; Como eles funcionam juntos e

interagem com a memória;Dados são representados no

computador;Computador localiza dados e

instruções

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Referências

H. L Capron & J. A. Jonson, “Introdução à informática”, ISBN 8587918885, Editora Pearson Prentice Hall, 8a Edição, 2004.

NORTON, P. Introdução à Informática. Makron Books. 1997.

TANENBAUM, Andrew S. Organização estruturada de computadores, Editora Pearson Prentice Hall

5a Edição, 2006.

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