Escola de Ciências e Tecnologia - Aquiles Burlamaquiaquilesburlamaqui.wdfiles.com/local--files/...do_Computador.pdf · •O que é um Computador ? ... –Denomina-se computador uma

UFRN

Escola de Ciências e Tecnologia

Componentes do Computador

ECT1103 – INFORMÁTICA FUNDAMENTAL

Prof. Aquiles Burlamaqui

• Manter o telefone celular sempre desligado/silencioso quando estiver em sala de aula;

• Nunca atender o celular na sala de aula;

Objetivo da Aula

• Entender a evolução dos computadores;

• Apresentar os componentes que constituem um computador

• Entender

– Como funciona o Computador

– Computador como uma ferramenta e disciplina

Conceitos Fundamentais

• O que é um Computador ?– Aparelho eletrônico usado para processar, guardar e tornar

acessível informação de variados tipos.(Dicionário Priberam)

– Denomina-se computador uma máquina capaz de variados tipos de tratamento automático de informações ou processamento de dados.(wiki)

– Máquina destinada ao processamento de dados; dispositivo capaz de obedecer a instruções que visam produzir certas transformações nos dados,com o objetivo de alcançar um fim determinado.

• Quem usa?– Industrias, empresas, universidades, população em geral;

Conceitos Fundamentais

• Três pilares

– Físico• Hardware (CPU + Periféricos)‏

– Lógico

• Firmware (Instruções de Fábrica)‏

• Software (Programas)‏

– Algoritmo

– Humano

• Peopleware (Profissionais)‏

Evolução histórica • 3500 a.C. - O Ábaco

– Chinês, Russo, japonês.

• 1642 - A máquina de Blaise Pascal– Rodas dentadas e engrenagens– Soma e subtração

• 1801 - O Tear Programável– Joseph Marie Jacquard– Cartões perfurados

• 1822 - A Máquina que "ficou no papel“– Charles Babbage– “Pai do Computador”

Evolução histórica

• 1ª Geração: tecnologia de válvulas (1940 - ‏(1955

• 2ª Geração: a utilização do transistor (1955-1965)‏

• 3ª Geração: os circuitos integrados (1965-1980)‏

• 4ª Geração: microprocessadores (1980-Hoje)‏


1 GERAÇÃO (Componente eletrônico- válvulas)

• 1943 - Mark I– 17 metros de comprimento

– 2 metros e meio de altura

– 5 toneladas

• 1945 – ENIAC

– Utilizava válvulas eletrônicas

– Manipulação em Forma decimal

Limitação: Difícil programação


• 1936, Allan Turing.

– Máquina de Turing

Representação da Máquina de Turing Colossus

Construir um Computador que:

• A =100

• B = 50

• C = 2

• D = 5

Calcule o valor da expressão: ((A-B)*C)/D

Impressora

Perf. cartões

Cartões variáveis

CPU


1936- Von Neumann

• Sugeriu que as instruções fossem armazenadas na memória do computador para então executá-las, tornando o computador mais rápido.

MemóriaPrincipal

Unidade Lógica e Aritmética

Unidade de Controle

Dispositivosde Entrada

e Saída

Elementos da Arquitetura Von Neumann

• Unidade de entrada – Traduz informação de um dispositivo deentrada em um código que o computador entende (Binário).

• Memória – armazena os dados e o próprio programa. Númerofinito de localizações que são identificadas por meio de um únicoendereço.

• Unidade lógica e aritmética(ULA), capaz de realizar operaçõesmatemáticas e lógicas;

• Unidade de controle – Responsável pelo “tráfego” de dados.

• Barramentos: um conjunto de linhas de comunicação quepermitem a interligação entre a CPU, a memória e outrosdispositivos.

• Unidade de saída – converte os dados processados, de impulsoselétricos em palavras ou números que podem ser escritos emdispositivos de saída.

MemóriaPrincipal


Unidade de Controle

Dispositivosde Entrada

e Saída

• Calcule o valor das expressões:

Construir um Computador que:

• A =100• B = 50• C = 2• D = 5

1. ((A-B)*C)/D

2. (D + C)* A

3. (A+D-C)


• 2 GERAÇÃO (1959-1964)– substituiu as válvulas eletrônicas por transistores e os

fios de ligação por circuitos impressos.

• 3 GERAÇÃO (1964-1980)– foi construída com circuitos integrados (miniaturização

de transistores num único chip)

• 4 GERAÇÃO (1980 até hoje)– é caracterizada por um aperfeiçoamento da

tecnologia já existente – Microprocessadores

– Maior grau de miniaturização, confiabilidade e velocidade maior, já da ordem de nanosegundos (bilionésima parte do segundo).

Como funciona o computador ?

MemóriaPrincipal


Unidade de Controle

Dispositivosde Entradae Saída

Arquitetura de Von Neumann

Memórias

• A memória é um elemento com capacidade para armazenar qualquer tipo de informação (dados e programas).

• Memória pode ser classificada em termos de:

– Tempo de acesso

– Tamanho

– Capacidade de leitura e escrita(vida util)

– Volatilidade

• Tipos de Memórias

– Primárias

– Secundárias

Memória ROM

• É uma memória que unicamente pode ser lida.

• Esta memória não pode ser reescrita, servindo apenas para leitura.

• É utilizada para guardar programas e informação responsáveis pelo funcionamento interno do computador.

• Não Volátil.

Registradores

• Memória de alta velocidade

– Armazenamento de valores intermediários

– Informações de comando

• Número limitado de bits

– Em geral, uma palavra de memória

• Registradores mais importantes

– Contador de programa (PC - Program Counter)• Aponta para a próxima instrução a executar

– Registro de instrução (IR - Instruction Register)• Armazena a instrução em execução

• Outros

– Armazena resultados intermediários

19

Memória Cache

• É utilizada para o armazenamento dos dados requisitados pelo processador.

• A sua capacidade é bastante reduzida, a cache é uma memória de acesso bastante rápida.

• Volátil

20

Memória Primária

• A RAM é uma memória primária que contém os programas e os dados que serão utilizados.

• Características da memória RAM:

– É de leitura e escrita, pois permite ler e escrever dados, alterá-los e voltar a gravá-los;

– Volátil pois perde toda a informação quando o computador é desligado.

Memória Primária

• Organizada em Palavras

• Cada palavra tem um endereço de memória

Memórias Secundárias

• São utilizadas para guardar, de uma forma mais permanente (Não-volátil), os dados que se encontram na memória RAM.

Hierarquia de memória

Tipo Capacidade Velocidade Custo Localização Volatilidade

Registrador Bytes muito alta muito alto UCP Volátil

Memória Cache Kbytes alta alto UCP/placa Volátil

Memória Primária Gbytes média médio Placa Volátil

Memória Secundária Gbytes baixa baixo Externa Não Volátil

Unidade Central de Processamento

Formada por:• Unidade de Controle

– Execução das instruções– Leitura de dados da memória – Escrita de dados na memória – Leitura de dados de periféricos de E/S – Escrita de dados em periféricos de E/S – Desvios na execução de instruções

• Unidade Lógica e Aritmética– Realiza operações lógicas e aritméticas (+, -,

*, etc.)

Unidade de

Controle

Contador de programa

Registro de instrução

Unidade Lógica

e Aritmética

CPU

Conjunto de Instruções

• Instrução– Determina o que a CPU irá fazer

– Utilizado para diferenciar os vários processadores• Número de instruções

• Complexidade das operações realizadas

• Tipos de dados suportados

• OPCODE: comando

• OPERANDO 1

• OPERANDO 2

OPCODE OPERANDO 1 OPERANDO 2

Unidade Central de Processamento

Operação OpCode Modo de usar

Leia read read (Endereço Disp.) (Endereço p/ Salvar)

Escreva write write (Endereço Origem)(Endereço Disp.)

Copiar mov mov (Endereço Origem)(Endereço Destino)

Soma (+) add add (Endereço 1) (Endereço.2)

Subtração(-) sub sub (Endereço1) (Endereço2)

Divisão (/) div div (Endereço1) (Endereço2)

Mult. (*) mul mul(Endereço1) (Endereço2)

Armazene sto sto (valor) (Endereço 1)

* Em todas as operações aritméticas o resultado vai para endereço (End. 2)

Dispositivos de Entrada e Saída (E/S)

• Os dispositivos de E/S são usados para a comunicação do computador com o mundo exterior;

• Todos os dispositivos de E/S necessitam de uma controladora para permitir a comunicação entre eles e o computador;

• Uma controladora é uma interface entre a CPU e um dispositivo E/S;

• As duas funções executadas por uma controladora são: – Combinar as velocidades entre os dispositivos que operam em

velocidades diferentes.– Convertem dados de um formato em outro.

Dispositivos de Entrada

• Teclado– Lê os caracteres digitados pelo usuário

• Mouse– Lê os movimentos e toque de botões

• Drive de CD-ROM– Lê dados de discos CD-ROM

• Microfone– Transmite sons para o computador

• Scanner– Usado para o computador "ler" figuras ou fotos

Unidade de Saída

• Alto-falante

– Realiza comunicação com o usuário através de so

• Vídeo

– Mostra ao usuário, na tela caracteres e gráficos

• Impressora

– Imprime caracteres e gráficos

Barramentos

• Via de comunicação entre componentes de computador

• Tipos:• Barramento de Dados

• Barramento de Endereço

• Barramento de Controle

31

Placa Mãe

• Permite que o processador comunique com todos os periféricos instalados.

• É a base onde se encontram circuitos eletrônicos e a memória ROM. É onde se instalam todos os componentes internos do computador: processador (CPU), memória RAM, discos, placa gráfica, placa de som, drive de disquetes, CDs ou de DVDs.

32

Ciclo de Execução da Arquitetura de Von Neumann

• Instruções e dados armazenados na memória indistintamente.

• Uma palavra escolhida aleatoriamente na memória não pode ser identificada como uma instrução ou um palavra de dado.

• O significado de uma palavra é determinado pela maneira como o processador vai interpretá-la.

• Ciclo formado pelos seguintes passos:– Obter instrução

– Decodificar instrução

– Obter dados adicionais

– Executar instrução

Ciclo de Execução – Obter Instrução

Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (4)

2 Read (16) (5)

N+1 ...

Memória Primária

Barramento

Read (16) (4)

1

1. Obter a instrução:

• O Contador de Programa contém o

endereço da próxima instrução;

• A unidade de controle usa o barramento

para copiar o conteúdo da memória

indicado pelo Contador de Programa

para o Registro de Instrução;

• O Contador de Programa passa a

conter o endereço da próxima instrução;

2

Ciclo de Execução – Decodificar Instrução

Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (4)

2 Read (16) (5)

N+1 ...

Memória Primária

Barramento

Read (16) (4)

1

2. Decodificar Instrução:

• Verifica no conjunto de instruções se a

operação é válida;

• Determina quais sinais serão enviados

para realizar a operação (Exe.: Ler

dispositivo de entrada e salvar valor na

memória);

• Este passo mostra que um computador

realiza apenas operações que estão

definidas nos seus circuitos lógicos.

2

Ciclo de Execução – Obter dados necessários

Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (4)

2 Read (16) (5)

N+1 ...

Memória Primária

Barramento

Read (16) (4)

1

3. Obter dados necessários:

• Acessa o teclado para permitir a entrada

do dado solicitado;

8

2

Ciclo de Execução – Executa a operação

Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (4)

2 Read (16) (5)

3 Read (16) (6)

4 8

Memória Primária

Barramento

Read (16) (4)

1

3. Executa a operação:

• Envia os sinais responsáveis pela

execução da operação;

• No caso, envia o valor fornecido pelo

teclado para o endereço de memória 4.

• Reinicia o ciclo de execução

2

Exemplo de Programação: Calcular a expressão ((A-B)*C)/D

Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária

Barramento


Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária

BarramentoRead (16) (9)

1

5

5


Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária


2

3

5

3


Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária


3

4

5

3

4


Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária


4

2

5

3

4

2


Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária

Barramentosub (9) (10)

5

5

4

2

2


Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária

Barramentomul (10) (11)

6

5

8

2

2


Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária

BarramentoDiv (11) (12)

7

5

8

4

2


Unidade de

Controle



Unidade Lógica

e Aritmética

CPU Endereço Valor

1 Read (16) (9)

2 Read (16) (10)

3 Read (16) (11)

4 Read (16) (12)

5 sub (9) (10)

6 mul (10) (11)

7 Div (11) (12)

8 Write (12) (17)

9

10

11

12

13

14

15

Memória Primária

BarramentoWrite (12) (17)

8

5

8

4

2

Atividades

• Definir um programa em memória para calcular:

– (D + C)* A

– (A+D-C)

– (B+C)*((A / 7) + (D - 7))

Operação OpCode Modo de usar

Leia read read (Endereço Disp.) (Endereço p/ Salvar)

Escreva write write (Endereço Origem)(Endereço Disp.)

Copiar mov mov (Endereço Origem)(Endereço Destino)

Soma (+) add add (End.1) (End.2) Resultado vai para endereço (End 2)

Subtração(-) sub sub (Endereço1) (Endereço1)

Divisão (/) div div (Endereço1) (Endereço1)

Mult. (*) mul mul(Endereço1) (Endereço1)

Armazene sto sto (valor) (Endereço 1)

Site

• http://www.ect.ufrn.br/modulo/ect1103/

Documents

Escola de Ciências e Tecnologia - Aquiles Burlamaquiaquilesburlamaqui.wdfiles.com/local--files/...do_Computador.pdf · •O que é um Computador ? ... –Denomina-se computador uma