Arquitetura Computadores

Arquitetura Computadores

1. Máquina Multinível

   • 0 - Lógica Digital
   • 1 - Microarquitetura
   • 2 - Arquitetura do conjunto de instruções
   • 3 - Sistema Operacional
   • 4 - Linguagem Montagem
   • 5 - Linguagem orientadas

2. Tradução

   • Montagem
   • Compilação
   • Interpretação

3. Von Neuman

   • Barramento externo compartilhado
   • Baixo custo
   • Desempenho Limitado

4. Harvard

   • Dois barramentos externos independentes
   • Memórias independentes
   • Reduz o gargalo do barramento
   • Encarecimento

5. CPU

   • Processa programas na memória
   • Executa programas na memória
   • Composta
     • Unidade de Controle (UC)
       • busca instruções na memória principal e determina o tipo de cada instrução
     • Unidade lógica e aritmética (ULA)
       • Realiza um conjunto de operações necessárias à execução de instruções
     • Registradores
       • elementos de armazenamento temporário, extremamente rápidos
   • Registradores
     • Armazenamento temporário
     • Extremamente rápido
     • PC
       • Aponta para próxima instrução
     • IR
       • Armazena a instrução que está sendo executada
     • MAR
       • Endereço de posição de memória
     • MBR
     • OPCODE
       • Operação a ser realizada pelo processador
     • Operando
       • Dados da instrução
     • CI
       • assim que a instrução que vai ser executada é buscada da memória principal para a CPU, o sistema modifica esse registrador de modo que ele passe a armazenar o endereço da próxima instrução.

6. Endereçamento de instruções

   • Modo Imediato
   • Modo direto
   • Modo Indireto
   • Modo de Endereçamento por registrador

7. RISC

   • Acesso a memória
     • Load
     • Store
   • Operandos em registradores
   • Uso intenso de registradores
   • Instrução facilmente descodificável e de tamanho fixo
   • Mais espaço na memória
   • Programação mais díficil
   • Uso intenso de pipeline
   • Uma instrução por ciclo
   • Redução do tamanho CPI, maior tamanho de código
   • Complexidade compilador

8. CISC

   • Mais lentos, instruções mais complexas
   • Programas curtos e mais simples
   • Poucos registradores, mais referencia memoria
   • Simplificação compiladores, alto número de instruções compexas
   • Hardware mais caro e complexo
   • Microprogramação
   • Não utiliza ou uso moderado de pipeline
   • Impossibilidade alterar instrução composta

9. Memória

   • o local da arquitetura no qual os programas e os dados são armazenados previamente a sua execução
   • unidade básica é o bit
   • O número de bits de uma célula é chamado palavra,
     • qualquer palavra na memória é lida com igual velocidade.
     • Uniform Memory Access (UMA).
   • e, o menor dado que pode ser referenciado na memória é o byte
   • Big endian
     • byte mais significativo é armazenado no endereço mais baixo
   • Little endian
     • byte menos significativo é armazenado no endereço mais baixo
   • Princípio da localidade de referência
     • Localidade temporal
     • Localidade espacial

10. Ciclo de execução da instrução

    • 1-busca de instruções
    • 2-decodificação
    • 3-execução
    • 4-acesso à memória
    • 5-gravação nos registradores

11. Processador

    • são chips responsáveis pela execução de cálculos, decisões lógicas e instruções que resultam em todas as tarefas que um computador pode fazer.
    • Fabricante Intel
      • Core I3
      • Core I5
      • Core I7
      • Conjunto de instruções principais SSE

12. Barramento

    • responsável por interligar todos os componentes
    • Vantagem
      • elimina a necessidade de conectar cada dispositivo com todos os outros
    • Formado
      • barramento de dados
        • interliga a UCP à memória principal, para transferência de instruções ou dados a serem executados
      • barramento de endereço
        • possibilita a transferência dos bits que representam um determinado endereço de memória no qual se localiza uma instrução ou dado a ser executado.
      • barramento de controle
        • faz a sincronização das referidas atividades, habilitando ou desabilitando o fluxo de dados
    • O tamanho do barramento de endereços determina a quantidade máxima de armazenamento de dados que a memória principal pode dispor
      • barramento 20 linhas
        • 2 elevado a 20 = 1.048.576 Bytes = 1 MB.
    • Tipos
      • Síncronos
      • Assíncronos

13. Pipeline

    • Pipelining é uma técnica desenvolvida para melhorar o desempenho de processadores
    • permite que um processador sobreponha a execução de diversas instruções de modo que mais instruções possam ser executadas no mesmo período de tempo
    • Um pipeline de instruções é semelhante a uma linha de montagem industrial.
    • mais de uma instrução é executada de forma concorrente por ciclo de clock. Não absolutamente simultaneamente, mas com bastante redução de tempo.
    • Evolução
      • arquitetura superescalar
        • otimizar o pipelining, de forma que os processadores possam executar múltiplas instruções, 4 ou 6, em um ciclo de clock

14. Dispositivos de Armazenamento

    • Categorias
      • Persistentes
      • Não Persistentes
    • Tipos
      • SATA x PATA
        • é um padrão de interface cujas vias de transmissão dos sinais é paralela
          • é mais lento, pois há interferência entre os sinais
        • suporta 2 dispositivos por conexão um dispositivo master e um slave
        • é considerado sinônimo do padrão ATA/IDE
        • é um barramento serial, no qual a transmissão é de um único bit por vez em cada sentido
        • A transmissão serial reduz os problemas de sincronização e interferência encontrados nas interfaces paralelas, permitindo que sejam usadas freqüências mais altas.
        • SATA é uma tecnologia que pode ser utilizada para discos rígidos, unidades ópticas e outros dispositivos de armazenamento de dado
        • A taxa de transmissão pode ser de 150 MB/s (SATA I), 300 MB/s (SATA II), ou 600 MB/s (SATA III).
        • Existem vários padrões de controladoras SATA, os mais comuns são SATA 1.5 Gbit/s, SATA 3.0 Gbit/s, e SATA 6.0 Gbit/s.
      • Disco Rígido
        • é uma mídia de armazenamento magnética que permite o armazenamento persistente (não-volátil) de grandes volumes de dados com baixo custo e tempos de acesso razoáveis
        • Disco Eletromecânico
        • Bloco
          • unidade básica de armazenamento e transferência de dados no disco
      • Disco SAAS
        • (Serial Attached SCSI)
        • permite o uso de extensores (expanders),
          • dispositivos que permitem ligar diversos discos SAS a uma única porta.
        • Tipos
          • Edge Expanders
          • Fanout Expanders
        • Os discos SAS podem ser instalados em gavetas removíveis e podem ser trocados com o servidor ligado (hotswap)
        • são full-duplex e a velocidade de transferência é maior por estar disponível para o dispositivo
    • SSD
      • oferecem tempos de acesso extremamente baixos
      • são mais resistentes a choques mecânicos e são mais silenciosos
      • Vantagens
        • Baixo Consumo
        • Menor nível de ruído
        • Melhor desempenho
        • Maior Durabilidade
        • Baixo aquecimento
    • Cache de Disco
      • utilizada para o bom desempenho dos acessos ao disco
      • caching de leitura (read caching)
      • caching de escrita (write caching, também chamado buffering),
      • Estategias de cache
        • Read-behind é a política de cache de disco mais simples
        • Write-through
        • Write-back

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