Jacquard / Babbage

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Jacquard / Babbage
Impressora Perf. cartões
ALU
Memória
Cartões de operação
Cartões variáveis
Programa
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Jacquard / Babbage

• Programa e dados armazenados separadamente
• Programa - seqüência de cartões perfurados
• Cartões especificam as variáveis envolvidas na
  operação.

3
Estrutura do ENIAC
4
O Modelo de von Neumann
O Modelo de Barramento do Sistema
Barramento de Endereços
Barramento de Controle
5
Arquitetura de um computador de primeira geração
6
Arquitetura de um computador de primeira geração
Unidades de memória secundária
Unidade Central de processamento
Memória principal
Console (tty)
Unidade Aritmética e Lógica
Leitora de cartões
Unidade de Controle
Impressora e perfuradora de cartões
Equipamentos de entrada e saída
7
Estrutura de uma CPU simples
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Sinais de controle da CPU simples
Sinal de controle
Operação controlada
AC ? AC RDM AC ? AC RDM AC ? AC
(complemento) RDM? MREM (READ M) MREM ? RDM
(WRITE M) RDM ? AC AC ? RDM REM ? RDM(ADR) PC ?
RDM (ADR) PC ? PC 1 REM ? PC RI ? RDM
(OP) RIGHT-SHIFT AC
C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12
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Estrutura de uma CPU extendida
V
AC 0
AC lt 0
C26
Flags
C28
C27
COUNT (n-2)
C0
Circuitos de aritmética e lógica
C22
COUNT
C1
C25
C2
C23
MQ(n-1)
C14
C12
AC
MQ
C13
Memória principal M
C3
C16
C4
C15
C18
C5
C6
C19
R D M
C11
C7
C8
RI
R E M
PC
C9
C24
C10
C0
AC0
Unidade de controle microprogramada
C1
AClt0
MQ(n-1)
. . .
COUNT (n-2)
V
C28
10
Sinais de controle da CPU estendida
Sinal de controle
Operação controlada
AC ? AC RDM AC ? AC RDM AC ? AC RDM ? MREM
(READ M) MREM ? RDM (WRITE M) RDM ? AC AC ?
RDM REM ? RDM (ADR) PC ? RDM (ADR) PC ? PC
1 REM ? PC RI ? RDM (OP) RIGHT-SHIFT
AC LEFT-SHIFT AC RIGTH-SHIFT (AC, MQ) LEFT-SHIFT
(AC, MQ) AC ? 0 AC(0) ? AC(0) v V MQ ? RDM RDM ?
MQ MQ(n-1) ? 1 MQ(n-1) ? 0 COUNT ? COUNT 1 AC ?
AC RDM ?PC ? RI COUNT ? 0 V ? 0 V ? 1 FLAGS ? 0
C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14
C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C2
7 C28
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Máquina de John von Neumann

• Programa e dados são armazenados juntos na
  memória principal
• O programa é executado seqüencialmente
• A memória é endereçável.

12

• 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 interpreta-la.

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Modelo de von Neumann

• Acumulador - registrador que armazena o primeiro
  operando da instrução
• Instruções especificam apenas o segundo operando.
• O resultado é armazenado no acumulador.

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Memória
RDM - registrador de dados da memória REM -
registrador de endereços da memória
barramento de
Memória
R
endereços
E
M
R D M
Decodificador
Barramento de dados
15
Acesso a memória

• O Registrador de Endereços da Memória (REM)
  armazena o endereço da palavra de memória durante
  um acesso (leitura ou escrita)
• O Registrador de Dados da Memória (RDM) armazena
  o conteúdo da palavra de memória lida em uma
  operação de leitura ou que será escrita na
  memória
• O endereço é decodificado para localizar a
  palavra a ser acessada.

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Palavra de memória

• O tamanho do RDM determinará a quantidade de bits
  que poderá ser transferida em um único acesso a
  memória - o tamanho da palavra de memória
• O tamanho do REM determinará o tamanho do espaço
  de endereçamento da memória, ou seja, a
  quantidade de palavras que poderão ser
  endereçadas
• O RDM determinará a largura do barramento de
  dados
• O REM determinará a largura do barramento de
  endereços.

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Modelo de von Neumann

• Quantidade de acesso a memória é muito grande
  necessita acessar a memória para buscar a
  instrução e operandos e armazenar resultados.
• Tempo de acesso à memória é muito grande ?
  decodificação do endereço e transferência do dado.

18

• Utilização de registradores de uso geral
• reduz a quantidade de acessos à memória
  principal
• armazenar dados - resultados de operações,
  endereços e operandos de instrução que estão
  sendo utilizados várias vezes (resolver uma
  expressão variável de controle de uma estrutura
  for)
• acesso mais rápido ao dado - os registradores
  estão contidos dentro da UCP

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Unidade de Controle

• Responsável por gerar os sinais de controle
  necessários para a busca e execução das
  instruções, além de coordenar outras unidades
  como memória e dispositivos de entrada e saída de
  dados.

20
Unidade de Controle

• Síncrona ou Assíncrona
• Assíncrona as operações são executadas
  independentemente. Ao término de uma, começa a
  próxima.
• Síncrona existe um circuito oscilador
  responsável por gerar uma referência de tempo
  para realização das operações - CLOCK.

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Organização da Unidade de Controle

• Por circuito (ou lógica fixa)
• Microprogramada
• Por circuito existem circuitos específicos para
  execução das operações.
• Microprogramada para cada instrução existe um
  microprograma.

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Exercícios

• Quais os princípios da máquina de von Neumann ?
• Compare a máquina de von Neumann com as máquinas
  anteriores ?
• Quais os componentes da Unidade Central de
  Processamento (UCP) ?
• Quais as funções da unidade de controle ?
• As máquinas que possuem clock são ditas....
• Qual a função do clock ?
• O que é um registrador ?
• De que são construídos registradores ?
• Qual a função dos registradores na UCP ?
• Quais as funções dos registradores RI e CI ?
• Quais as funções dos registradores RDM e REM ?

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Linguagem de Máquina

• Conjunto de código binários que a unidade de
  controle é capaz de decodificar e executar
• É formada pela conjunto de instruções da máquina
• É específica de cada máquina (ou família de
  máquinas).

24
Linguagem de Montagem (Assembly)

• Associa símbolos aos códigos binários
• Cada símbolo representa uma instrução (ou
  pseudo-instrução)
• Símbolo representa a operação associada ADD -
  adição SUB - subtração ...
• São mnemônicos
• É específica da máquina.

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Montador (Assembler)

• Responsável por gerar um programa em linguagem de
  máquina a partir de um programa escrito em
  linguagem de montagem
• Símbolos ? instruções de máquina
• ADD M ? 00110000001100

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Linguagens de alto-nível

• PASCAL, C, FORTRAN, Algol, Visual AGE, Small
  Talk, Java, Modula, ADA ...
• Possuem construções mais complexas - while, for,
  repeat ...
• Programas independentes da máquina
• Possuem uma estrutura bem definida.

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Compilador

• Traduzir um programa escrito em uma linguagem de
  alto nível na linguagem da máquina alvo
  (linguagem de máquina)
• Verificar se os comandos estão corretamente
  construídos se pertencem a estrutura da
  linguagem gerar instruções de máquina
• Um comando em uma linguagem de A-N pode gerar
  várias instruções de máquina -
• for i 1 to 200 do

28
Interpretador

• Interpreta (analisa) os comandos de um programa
  (um de cada vez) e executa as operações
  especificadas
• BASIC

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Formato das Instruções

• Máquinas com registradores de uso geral, os
  operandos e resultados das instruções podem
  residir em registradores
• A instrução especifica o(s) registrador(es) que
  contém os operandos
• Instruções mais curtas
• Menos acessos a memória.

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Formato das instruções (cont.)

• Máquinas de um endereço a instrução especifica
  apenas o segundo operando
• Máquinas de dois endereços a instrução
  especifica os dois operandos e o resultado é
  armazenado no lugar do primeiro operando
• Máquinas de três endereços a instrução
  especifica os operandos e o resultado da operação.

31
Modos de endereçamento

• Facilitar a atividade de programação
• Reduzir a quantidade bits (tamanho) da instrução.

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Modos de endereçamento (cont.)

• Modo implícito a instrução especifica o
  operando
• Modo de endereçamento imediato o operando está
  contido na própria instrução
• Modo de endereçamento direto o campo de endereço
  da instrução especifica o endereço do operando na
  memória
• Modo de endereçamento indireto o campo de
  endereço da instrução especifica a palavra de
  memória que contém o endereço do operando na
  memória

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Modos de endereçamento (cont.)

• Modo relativo o campo de endereço da instrução
  especifica o endereço do operando na memória em
  relação ao CI
• Modo registrador base (ou basedeslocamento) o
  campo de endereço contém o endereço do operando
  em relação a um endereço base
• Modo indexado existe um registrador que é
  utilizado como índice para cálculo do endereço
  efetivo (físico).