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1.Função do computador, 2.Interconexão do computador - Coggle Diagram
1.Função do computador
Um computador consiste em MP, CPU e E/S
Interconectados por barramentos(estrutura)
Possibilita função básica do computador:Executar programas
Essa combinação forma todo o
sistema de um computador
Pode ser descrito de 2 formas
Explicando os comportamentos de cada componente(
função
)
Detalhando a
estrutura
de interconexão e os controles de uso
Essa visão de alto nível é importante p/ compreender:
Caminhos alternativos
Maneiras de minimizar os gargalos de sistema
magnitude de falhas do sistema
Caso ocorra falha em um componente
Gargalos de sistema
Facilidade no acréscimo de melhorias de desempenho
Cada um se comportando de maneira diferente(função)
Função básica: execução de um programa
Instruções armazenadas na memória
A execução e processamento fica c/ o processador
Basicamente, consiste em duas etapas: Busca e execução
Ciclo de
Busca(fetch)
Contador de programa(PC) guarda próxima instrução
CPU pega o endereço dado por PC e acessa a instrução
Incremento de PC
Passa instrução carregada p/ Ponteiro de instrução(IP)
Interpretação da instrução
Busca por novas instruções(repete o ciclo)
Ciclo de
Execução
Uma vez interpretada a instrução, agora será executada
4 categorias de execução de instrução
CPU-E/S
Transf. de dados entre processador e E/S
Controle
Alteração na sequência de execução
CPU-Memória
Transferência de dados entre memória e processador
Processamento de dados
Operação lógica/aritmética sobre os dados
Com a busca e a execução, temos o
ciclo de instrução
Os conceitos principais da Arquitetura de Von Neumann se mantêm
Dados e instruções em um única memória de leitura e escrita
P/ a memória principal, tudo são bytes
Acesso aos dados e instruções na memória c/ uso de endereços
O conteúdo da memória endereçável pela localização
Não se considera o tipo de dado ao armazenar
A função de interpretar dados é do processador
Execução ocorre em padrão sequencial
A menos que seja feito um desvio no fluxo de execução
Ex.:instruções JUMP e CALL
Existem duas possibilidades básicas de prog. em computadores
Programa "hardwired"
Mudança na configuação dos componentes lógicos
Cada configuração possibilita realizar um tipo específico de operação
É inflexível.
Cada cálculo precisa de uma config. diferente no hardware
Mudança no hardware p/ realizar diferentes operações
Uso de sinais lógicos
Cada requisção de calculo é um sinal de controle diferente
Não necessita fazer alteração na configuração do hardware
Novos programas = novos sinais de controle
Interrupções podem ocorrer em meio ao processamento
Existem 4 classes gerais de interrupção:
Timer
Gerada por um timer dentro do processo
E/S
Gerada por um controlador de E/S
Seja para sinalizar uma operação normal ou c/ condições de erro
Programa
Gerada por alguma condição que ocorre como resultado de uma execução
Ex.:divisão por zero
Falha de hardware
*Ex.: falta de energia
É um mecanismo. E ajudam na eficiência do processamento
Assim CPU não espera resultado de unidades mais lentas
Focar em outras instruções independentes
A CPU pode precisar lidar com
múltiplas interrupções
Existem técnicas p/ lidar com isso
Desativar interrupções
Processador ignora completamente outras interrupções até resolver a atual
Definir prioridades
Atenção a interrupções de alta prioridade
Processador pode até interromper interrupção atual se necessário
Após a primeira execução, processador verifica se há interrupção
Caso não haja interrupções, busca a próxima instrução
Ciclo normal de instrução
Se houver interrupção pendente:
O processador suspende a execução atual do programa
Salvar contexto(End. da próx. instrução)
Armazena em PC o end. do tratamento de interrupção
Resolve interrupção e restaura contexto
Retorno para o programa interrompido
2.Interconexão do computador
Os elementos do computador(E/S,MP,CPU) precisam se comunicar
Uma solução:
barramentos
Há 3 grupos gerais de barramentos(linhas) funcionais:
Barramento de endereço
Identifica a origem e destino dos dados
O endereço dos dados desejados passa
por aqui
Também costumam ser usadas p/ endereçar portas de E/S
Barramento de controle
Controle do acesso e uso dos outros barramentos(linhas)
Sinais de controle
Transmitem informações de comando e temporização
Sinais de temporização
Indicam a validade da info. de dados e endereço
Sinais de comando
Especificam operações a serem realizadas
Barramento de dados
Transporta dados
Não há diferença entre dados e instruções neste nivel
Elementos do projeto de barramento
Largura do barramento
endereço
Aumento da capacidade de memória endereçável
Dados
Impacta desempenho do sistema
Método de arbitração
Centralizado
Existência de algo que aloque tempo de barramento
Distribuido
Não existe controlador central
Tipo de transferência de dados
Ler-modificar-escrever
Leitura após escrita
Escrita
"Mestre p/ escravo"
Transf. de dados em bloco
Leitura
"Escravo p/ mestre"
Tipo do barramento
Dedicado
Linhas separadas p/ dados, endereços e sinais de controle
Multiplexado
Linhas compartilhadas
menos linhas
Controle mais complexo
Requer desempenho máximo
Sincronização
Sincrona
Eventos determinados por sinais de clock
Geralmente, 1 cilo de clock por evento
Assincrona
Ocorrência de um evento depende da ocorrência do anterior
Flexível, porém mais complexa de implementar
Caminho de comunicação que conecta 2 ou mais módulos
O conjunto de barramentos pode se chamar
Estrutura de interconexão
A comunicação entre os componentes não é feita de qualquer maneira
Caso um módulo queira enviar dados p/ outro:
Obter uso do barramento
Transferir os dados por esse mesmo barramento
Caso um módulo queira receber dados do outro:
Obter uso do barramento
Transferir requisição ao outro módulo
Pelas linhas de controle e endereço
Esperar por envio de dados
Módulos conectados no mesmo barramento "ouvem" sinais uns dos outros
Uma espécie de "Broadcasting"
Aos poucos sendo trocados por sistemas de interconexão ponto-a-ponto
Um caminho compartilhado entre somente dois módulos
Sist. de barr. ainda são usados em sistemas embarcados
Máquinas de propósito específico