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16/08/2016
1
Arquitetura von Neumann
Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação
Prof. Dr. rer. nat. Daniel D. Abdala
GB
C0
36–A
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do
res
I
Na Aula Anterior ...
• Histórico da evolução dos computadores:
– 1ª Geração
– 2ª Geração
– 3ª Geração
– 4ª Geração
• Tendências atuais ...
2
Nesta Aula
• O modelo básico da Arquitetura von Neumann;
• Programa armazenado em memória;
• O Gargalo de von Neumann;
• Abstrações;
• Introdução a Organização de Barramentos.
3
O Modelo von Neumann
4
Memória
Entrada e Saída
CPU
O Modelo von Neumann
5
Memória
Unidade de Controle
Unidade de Entrada
Unidade de Saída
Unidade Lógica e
Aritmética
UCP - Unidade Central de Processamento Periféricos
ULA
UC
Sinais dos Módulos de um Sistema Computacional
6
Memória Endereço
Dados
Leitura
Escrita
Dados
Módulo de Entrada e
Saída
Endereço
Dados Internos
Leitura
Escrita
Dados Externos
Dados Internos
Dados Externos
CPU
Instruções
Sinais de Controle
Dados
Endereço
Dados Sinais de
Interrupção
Sinais de Interrupção
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Realização em Sistemas Computacionais
7
Programa Armazenado em Memória
• Ideia fundamental introduzida por von Neumann;
• A memória contém tanto os dados a serem processados quanto as instruções que ditam ao processador como os dados devem ser processados;
8
Busca Decod. Executa
Ciclo Básico de Execução de Instruções
O “Gargalo” de von Neumann
• Também chamada “barreira da memória”;
• O ciclo básico de execução é diretamente dependente da velocidade de acesso da memória;
• Busca de dados atrasa ainda mais;
• CPU starvation → não há instruções a serem executadas;
• Temp. Acc. Mem. >> Ciclo Proc.;
• Como mitigar o problema?
– Mem. Cache;
– Arq. Harvard de Mem.;
– •••
9
Prog. 1
Dados 1
•••
Prog. 2
Dados 2
Memória
Dados
Intruções
Abstração de Computadores
• O Computador é uma máquina complexa;
• Impossível de lidar com toda a complexidade de uma só vez. Muita informação;
• Solução: Abstrair níveis de complexidade.
10 Mundo Físico
Componentes Elétricos
Circuitos Elétricos
Portas Lógicas
Register Transfer Level
Microarchitecture
Instruction Set Architecture
Sistemas Computacionais
SOs/Máquinas Virtuais
Linguagens de Programação
Algoritmos
Aplicação
Uma Pilha de Abstrações
• O processador pode ser percebido de diversas formas;
• Em geral “abstraimos” detalhes e nos concentramos na parte funcional específica que estamos interessados;
11
Uma visão geral de um processador A Arquitetura “von Neumann”
12
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3
Abstração do Processador
13
Exemplos
14
Data path
15
Processadores – Pipelining
16
Processadores Superescalares
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Hierarquia de Memórias
Regs.
Cache
Memória RAM
Disco Magnético
FlashDrives, CDs, DVDs, Fitas Magnéticas, etc.
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Abstração – Linguagem de Montagem
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Abstração ISA
• Instruções;
• Tipos de dados;
• Interrupções;
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Abstração de Microarquitetura
• Implementa a ISA – Instruction Set Architecture
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Abstração do Nível Lógico Digital
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Abstração do Nível Elétrico
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