CPU Unidade Central de Processamento n n CPU

CPU

Unidade Central de Processamento n n CPU – Central Processing Unit Local onde os dados são manipulados Pode ser chamada de cérebro do computador Minúsculo chip chamado microprocessador

Função da CPU n n n Processamento e execução dos programas Executar as instruções Controlar as operações no computador.

Partes Principais n n UAL - Unidade Aritmética e Lógica UC - Unidade de Controle

UAL Unidade Aritmética e Lógica n n n Tem por função a efetiva execução das instruções Toda instrução que envolve operações aritméticas são passadas pela UC para a ALU Possui registradores que recebem dados e executam as operações

Diagrama Esquemático ALU

UC - Unidade de Controle n n Tem por funções a busca, interpretação e controle de execução das instruções Controle dos demais componentes do computador Orienta o fluxo de dados Contem o conjunto de instruções que a CPU é capaz de realizar

Estratégia de fabricação n n Cada modelo e fabricante tem seu próprio conjunto de instruções Cada fabricante tende a agrupar as CPUs em famílias As novas CPUs contem as novas instruções e as das suas antecedentes Compatibilidade ascendente

Registradores Importantes na UCP n n n Na UC - CI Contador de Instruções (em inglês: PC Program Counter) - armazena o endereço da próxima instrução a ser executada. Na UC - RI Registrador de Instrução (em inglês: (IR Instruction Register) - armazena a instrução a ser executada. Na UAL - ACC Acumulador - armazena os dados (de entrada e resultados) para as operações na UAL; o acumulador é um dos principais elementos que definem o tamanho da palavra do computador - o tamanho da palavra é igual ao tamanho do acumulador

Diagrama funcional da UCP

Estratégias de implementação de processadores n n CISC - Complex Instruction Set Computer - exemplo: PC, Macintosh; um conjunto de instruções maior e mais complexo, implicando num processador mais complexo, com ciclo de processamento mais lento; ou RISC - Reduced Instruction Set Computer - exemplo: Power PC, Alpha, Sparc; um conjunto de instruções menor e mais simples, implicando num processador mais simples, com ciclo de processamento rápido.

Estratégias de construção do decodificador de instruções da UC n n Wired logic (as instruções são todas implementadas em circuito) Microcódigo (apenas um grupo básico de instruções são implementadas em circuitos; as demais são "montadas" através de microprogramas que usam as instruções básicas.

Ciclo de Instrução n n As instruções são executadas sequencialmente (a não ser pela ocorrência de um desvio), uma a uma. Ciclo de instrução indica a sequência de execução, isto é, controla o fluxo de execução das instruções.

Ciclo de Instrução

BARRAMENTOS

Barramentos O termo barramento (bus) referese aos percursos entres os componentes de um computador.

Barramento Local n n Podemos dividi-lo em 3 grupos: - barramento de dados; - barramento de endereços; - barramento de controle. Os principais são: o barramento de dados e o barramento de endereços.

Barramentos

Barramento de dados n n n Transporte de Dados São os mais conhecidos Linhas paralelas de conexão elétrica Número de linhas é igual ao número de bits transportados Quanto maior o número de linhas maior a quantidade de dados (1 linha = 1 bit) Número de linhas afeta a velocidade de transferência de dados

Barramentos de endereços n n O barramento de endereços transporta apenas endereços de memória. O seu número de linhas determina o número máximo de endereços de memória. Os primeiros PCs tinha um barramento de endereços de 20 bits e a CPU podia endereçar 1 MB de dados. Hoje, com barramentos de endereços de 32 bits, é possível endereçar 4 GB de memória.

Tipos de Barramentos n n ISA MCA EISA VESA n n PCI AGP SCSI EIDE

ISA (Industry Standard Architecture). n n n Palavras de 8 ou 16 bits (CPU 8088 ou 286) Frequências de 8 MHz Taxas de transferência de 8 MB/s ou 16 MB/s

ISA Slots ISA

MCA (Microchannel Architecture) n n n Surgimento do processador 386 Barramento de 32 bits Mais rápida que o ISA (2, 5 vezes) Frequência de 10 MHz Patenteado pela IBM Incompatibilidade com placas ISA

EISA (Extended Industry Standard Architecture). n n n Resposta ao MCA(IBM) por fabricantes liderados pela Compac Palavras binárias de 32 bits Funciona a 8 MHz Compatível com placas ISA Um alto custo de produção, o que dificultou sua popularização

VESA Local Bus - VLB (Video Eletronics Standards Association) n n n Desviar o tráfego mais intenso, como vídeo, conectando-se diretamente ao barramento local através de um buffer, assim, freqüência da operação igual ao do barramento local. Mantêm compatibilidade com ISA Este barramento foi criado tendo em vista aumentar a velocidade de transferência de dados entre a placa de CPU e a placa SVGA, mas outras placas de expansão também poderiam utilizá-lo.

Barramentos

PCI (Peripheral Component Interconnect). n n n n Criado pela Intel Tão rápido quanto o VLB, porém mais barato e muito mais versátil Não é controlado pelo processador, e sim por uma controladora dedicada Diminuir a utilização do processador Utilizado em conjunto com qualquer processador Baixo custo e da alta velocidade Suporte nativo ao plug-and-play

AGP (Accelerated Graphics Port) n n Porta ou slot introduzida no chipset LX do Pentium II (na placa mãe), para prover uma conexão de grande largura de banda entre a memória do sistema e o subsistema gráfico. Remove-se o acelerador gráfico do barramento PCI, liberando este e consequentemente aumentando a largura de banda para operações de E/S e tráfego de rede.

PCI/AGP PCI

EIDE (Enhanced Integrated Disk Eletronic) n n n Interface de dispositivo, mais especificamente de discos Conhecida por simplesmente IDE Os dispositivos EIDE custam menos da metade de um dispositivo SCSI, mas em compensação tem uma performance inferior a estes Um dispositivo EIDE desperdiça uma quantidade significativa de CPU uma vez que esta controla diretamente tudo que o drive EIDE faz Cada controladora EIDE pode gerenciar até 2 dispositivos.

SCSI (Small Computer System Interface) n n Uma interface de dispositivos que adota uma abordagem diferente na direção de solucionar o problema de um número finito e possivelmente insuficiente de slots de expansão Desenvolvida pela IBM no início dos anos 70 SCSI traz o barramento do computador diretamente para a unidade, aumentando a eficiência e permitindo taxas de transferências mais altas Pode-se conectar tantos dispositivos de hardware quanto o barramento seja capaz de controlar

Barramentos

Memórias

Memórias n n Dispositivos digitais de armazenamento Memórias externas Memórias internas Novidades

Memórias Externas Memória de massa n Grandes quantidades de informações n Armazenam as inf. por grandes periodos n Menor custo por bit armazenado n Exemplos: (Fitas magnéticas, discos magnéticos, tambores magnéticos, etc. . ) n

Memórias internas n n Memórias bipolares e de metalóxido-semicondutor (MOS) Alta velocidade

Tipos de Memória Armazenamento n n RAM – Random access memory ROM – Read only memory

Memória ROM n n n PROM – Programable ROM EPROM – Eletrically PROM EAPROM – Eletrically alterably PROM

Tipos de Memórias n n n Processador é mais rápido que a memória Wait State – Tempo de espera Sub utilização do processador Cache de memória – Solução nem sempre eficaz (controlador não é tão rápido quanto a necessidade do processador) Invento de novas tecnologias de RAM

Memória cache n n n A memória é uma pequena quantidade de SRAM que por meio de algoritmos refinados consegue manter boa parte dos dados requisitados pelo processador quase sempre dentro de seus domínios Tem a finalidade e costuma balancear a morosidade das memórias DRAM e SDRAM SRAM é de 8 a 10 vezes mais rápida que a DRAM

Memória estendida n Termo aplicado para qualquer área de memória acima dos 1024 KB (1 MB). Esta área é utilizada somente por sistemas operacionais gráficos (Windows por exemplo) principalmente para criar e manipular disco virtual e cache de disco.

Memória Flash n Memória Flash é o tipo de memória utilizado em computadores portáteis que pode substituir HDs e flexíveis na retenção dos dados. A memória flash é cara, e mais empregada em computadores que estejam constantemente ligados, além disso a memória flash é usada também para armazenar o BIOS e os dados de inicialização do sistema.

MEMÓRIAS FPM (FAST PAGE MODE) n As memórias FPM (Fast Page Mode) são de tecnologia mais antiga, apesar de serem encontradas nos 486 e nos primeiros Pentium. Possuem tempo de acesso de 80, 70 e 60 ns. Suportam velocidades de barramento de até 66 MHz.

MEMÓRIAS EDO (EXTENDED DATA OUTPUT) n As memórias EDO (Extended Data Output) tem leitura mais rápida que as memórias do tipo FPM (Fast Page Mode), com cerca de 20% de vantagem. Esta tecnologia é usada em pentes de 72 vias, possui tempo de acesso de 70, 60 e 50 ns, e suporta velocidades de barramento de até 66 MHz.

MEMÓRIAS SDRAM (SYNCHRONOUS DYNAMIC RAM) n As memórias SDRAM por sua vez, são capazes de trabalhar sincronizadas com os ciclos da placa mãe, sem tempos de espera. Isto significa, que a temporização de uma memória SDRAM é sempre de uma leitura por ciclo.

SDRAM II (DDR) n (SDRAM II, Double Data Rate - Taxa de Dados Dupla) é a nova geração da SDRAM. A DDR usa novos circuitos de sincronização, mais avançados, que aumentam ainda mais a sua velocidade. DDR basicamente é duas vezes mais rápida que a SDRAM, sem aumentar a velocidade nominal em MHz, que se mantém em 66 ou 100 MHz.

RDRAM® (Rambus DRAM) n É um novo design que envolve todo o sistema, chip a chip, utilizando um bus simplificado em alta freqüência. Entenda RDRAM como um desenho integrado, em nível de sistema, e não um desenho em nível de chip como as memórias convencionais. Foi utilizada a princípio em estações gráficas em 1995, e trabalha com uma lógica de sinal de 600 MHz. Está atualmente em produção, e é utilizada no Nintendo 64®, placas de som Creative Labs® e em alguns sistemas da Gateway® e da Micron®.

MEMÓRIAS PC-100 (MEMÓRIAS DE 100 MHZ) Memória DIMM-72 Memória SIMM-72