Introdução a computação 04

1. INTRODUÇÃO ÀINFORMÁTICA
Capítulo4
A UnidadeCentral de Processamento: 
O QueAconteceDentrodo Computador

2. OBJETIVOS O
Identificar os componentes da unidade central de
processamento e explicar como eles funcionam em conjunto
e como interagem com a memória.
O
Descrever como as instruções de programa são executadas
pelo computador. O
Explicar como os dados são representadosno computador.
O
Descrever como o computador localizainstruções e dados.
O
Descrever os componentes da placa-mãe da unidade de
sistemade um microcomputador. O
Relacionar as medidas de velocidade de processamento do
computador e explicar as abordagens que aumentam a
velocidade.
2

3. UNIDADECENTRAL DEPROCESSAMENTO
O
Conjunto complexo 
de circuitos 
eletrônicos.
O
Executa instruções 
de programa 
armazenadas.
O
Duas partes:
◦
Unidade de controle
◦
Unidade aritmética e 
lógica (ALU)
3

4. UNIDADE DECONTROLE O
Direciona o sistema do computador a executar 
instruções de programa armazenadas. O
Deve comunicar-se com a memória e com a ALU.
O
Envia dados e instruções do armazenamento 
secundário para a memória, quando necessário.
4

5. UNIDADEARITMÉTICA ELÓGICA O
Executa todas as operações                
aritméticas e lógicas. O
Operações aritméticas: O
Adição, subtração, multiplicação, divisão.
O
Operações lógicas: O
Compara números, letras ou caracteres 
especiais.
O
Testa uma de três condições:
O
Condição de igualdade (igual a)
O
Condição menor que
O
Condição maior que
5

6. ARMAZENAMENTO DE
DADOS E ACPU
O
Doistiposde armazenamento: O
Armazenamento primário (memória):
O
Armazena dados temporariamente.
O
A CPU referencia-o tanto para obtenção de instruções de 
programa como de dados.
O
Armazenamento secundário:
O
Armazenamento de longo prazo.
O
Armazenado em mídia externa; por exemplo, um disco.
6

7. A CPU E AMEMÓRIA
O
A CPU não pode processar dados diretamente 
do disco ou de um dispositivo de entrada:
◦
Primeiramente, eles devem residir na memória.
◦
A unidade de controle recupera dados do disco e 
transfere-os para a memória.
O
Itens enviados à CPU para ser processados:
◦
A unidade de controle envia itens à CPU e        
depois os envia novamente à memória após       
serem processados.
O
Dados e instruções permanecem na memória 
até serem enviados a um dispositivo de saída 
ou armazenamento, ou o programa ser 
fechado.
7

8. ÁREAS DEARMAZENAMENTOTEMPORÁRIO O
Registradores
O
Memória
8

9. REGISTRADORES O
Registradores são circuitos digitais capazes de 
armazenar e deslocar informações binárias, e são 
tipicamente usados como um dispositivo de 
armazenamento temporário.
O
Áreasde armazenamentotemporáriode       alta
velocidade.
O
Localizações de armazenamento situadas dentro da 
CPU.
O
Funcionamsob direçãoda unidadede controle: O
Recebem, guardam e transferem instruções
ou dados. O
Controlam onde a próxima instrução a ser executada ou
os dados necessários serão armazenados.
9

10. REGISTRADORES O
Um registrador é uma pequena porção de
memórialocalizadanoprocessadorcentral.
O
Os registradores permitem acessos muito rápidos
a dados e são usados para aumentar a velocidade
deexecuçãodeprogramas.
O
A maioria das modernas arquiteturas de
computadores operam transferindo dados da
memóriaprincipalparaosregistradores.
O
Onde estes são processados e o resultado é devolvido
à memóriaprincipal O
É a chamada arquitetura de carregamento-
armazenamento.10

11. MEMÓRIA O
Também conhecida como armazenamento 
primário e memória principal.
O
Freqüentemente expressa como memória de   
acesso aleatório (RAM).
O
Não faz parte da CPU.
O
Retém dados e instruções para                  
serem processados. O
Armazena informações somente enquanto 
o programa está em operação.
11

12. C
OMOA
CPU E
XECUTA
I
NSTRUÇÕES
O
Quatroetapassãoexecutadaspara
cadainstrução:
O
Ciclode máquina: a quantidadede tempo 
necessáriaparaexecutarumainstrução.
O
Computadorespessoaisexecutam-nasem
menosde um milionésimode segundo.
O
Supercomputadoresexecutam-nasem
menosde um trilionésimode segundo.
O
CadaCPU tem seupróprioconjunto
de instruções:
O
Aquelasinstruçõesas quaisa CPU pode
entendere executar.
12

13. O CICLO DAMÁQUINA O
O tempo necessário para 
recuperar, executar e 
armazenar uma 
operação.
O
Componentes: O
Tempo de instrução
O
Tempo de execução
O
O clock de sistema 
sincroniza as operações.
13

14. TEMPO DEINSTRUÇÃO O
Também chamado de I-time.
O
A unidade de controle recebe a instrução da 
memória e a coloca em um registro. O
A unidade de controle decodifica a instrução e 
determina qual é a localização na memória para 
os dados necessários.
14

15. TEMPO DEEXECUÇÃO O
A unidadede controletransferedados da 
memóriapararegistrosnaALU.
O
A ALU executa instruções relativas aos dados.
O
A unidadede controlearmazenao resultadoda 
operaçãonamemóriaouemum registro.
15

16. ENDEREÇOS DEMEMÓRIA
O
Cadalocalizaçãode memória
tem um endereço:
◦
Um número único, como em
uma caixa postal.
O
Podecontersomenteuma
instruçãooupeçade dados:
◦
Quando dados são reescritos na
memória, o conteúdo anterior 
desse endereço é destruído. O
Referenciadopelonúmero:
◦
As linguagens de programação
usam um endereço simbólico
(nomeado), tal como Horas ou
Salário.
16

17. REPRESENTAÇÃO DEDADOS
O
Os computadores entendem 
duas coisas: ligado e desligado. O
Dados são representados na 
forma binária:
O
Sistema numérico binário (base 2).
O
Contém somente 2 dígitos: 0 e 1.
O
Corresponde a dois estados:           
ligado e desligado.
17

18. REPRESENTANDODADOS O
Bit
O
Byte
O
Palavra
18

19. BIT O
Abreviação de binary digit (dígito binário). O
Dois valores possíveis: 0 e 1.
O
Nunca pode estar vazio.
O
Unidade básica para armazenar dados: O
0 significa desligado; 1 significa ligado.
19

20. BYTE O
Um grupode 8 bits. O
Cada byte tem 256 (2
8
) valores possíveis.
O
Para texto, armazenaum caractere: O
Pode ser letra, dígito ou caractere especial.
O
Dispositivosde memóriae armazenamentosão
medidosemnúmerode bytes.
20

21. PALAVRA O
O número de bits que a CPU processa como uma 
unidade.
O
Tipicamente, um número inteiro de bytes.
O
Quanto maior a palavra, mais potente é o 
computador. O
Computadores pessoais tipicamente têm 32 ou 64 bits 
de extensão de palavras.
21

22. CAPACIDADES DEARMAZENAMENTO O
Kilobyte: 1024 (2
10
) bytes.
◦
Capacidade de memória dos computadores pessoais            
mais antigos.
O
Megabyte: aproximadamente, um milhão (2
20
) de 
bytes.
◦
Memória de computadores pessoais. 
◦
Dispositivos de armazenamento portáteis (disquetes,             
CD-ROMs).
O
Gigabyte: aproximadamente, um bilhão (2
30
) de bytes. ◦
Dispositivos de armazenamento (discos rígidos).
◦
Memória de mainframes e servidores de rede.
O
Terabyte: aproximadamente, um trilhão (2
40
) de bytes. ◦
Dispositivos de armazenamento para sistemas muito grandes.
22

23. ESQUEMAS DECODIFICAÇÃO O
Provêem uma maneira comum para representar 
um caractere de dados.
O
Necessários para os computadores poderem 
intercambiar dados.
O
Esquemas comuns: O
ASCII
O
EBCDIC
O
Unicode
23

24. ASCII O
Siglade American 
Standard Code for 
Information 
Interchange.
O
O padrãomais
amplamenteusado. O
Usadovirtualmente
emtodosos
computadores
pessoais.
24

25. EBCDIC O
Siglade Extended 
Binary Coded 
Decimal 
Interchange Code.
O
Usado
principalmente em
mainframes IBM    
e compatíveis com 
IBM.
25

26. UNICODE O
Projetadopara
acomodaralfabetos
com maisde 256 
caracteres.
O
Usa16 bits para
representarum 
caractere.
O
65.536 valores
possíveis.
O
Exigeduasvezes
maisespaçopara
armazenardados.26

27. A UNIDADE DESISTEMA O
Abriga os componentes eletrônicos do sistema de 
computador:
O
Placa-mãe (motherboard)
O
Dispositivos de armazenamento
27

28. PLACA-MÃE(MOTHERBOARD) O
Placade circuitosplana
quecontémoscircuitosdo 
computador.
O
A unidadecentral de 
processamento
(microprocessador) é um dos 
componentemais
importante.
28

29. DISPOSITIVOS DEARMAZENAMENTO O
Armazenamentode longoprazoda memória. O
Dados não se perdem quando o computador é 
desligado.
O
Incluem-se entre osexemplos: discos rígidos, 
disquetes, hd-externo, pen drives,DVD-ROMs.
29

30. MICROPROCESSADOR O
Unidade central de 
processamento impressa       
em chip de silício.
O
Contém dezenas de milhões de 
minúsculos transistores.  O
Componentes-chave:
O
Unidade central de 
processamento.
O
Registradores.
O
Clock do sistema.
30

31. TRANSISTORES O
Comutadores eletrônicos que podem permitir ou 
não a passagem de corrente elétrica.
O
Se a corrente elétrica passar, o comutador estará 
ativado, representando um bit 1. O
Caso contrário, o comutador estará desativado, 
representando um bit 0.
31

32. TIPOS DECHIPS
O
A Intel produz uma família de processadores:
◦
Processadores Core I3, I4, I5 na maioria dos PCs.
◦
Processador Celeron vendido para PCs de baixo 
custo. ◦
Xeon e Itanium para estações de trabalho            
high-end e servidores de rede.
O
Outros processadores: ◦
A Cyrix e a AMD produzem microprocessadores 
compatíveis com Intel. ◦
Chips PowerPC são usados principalmente em 
computadores Macintosh. ◦
O microprocessador Alpha, da Compaq, é usado em 
servidores high-end.
32

33. COMPONENTES DAMEMÓRIA O
Memória semicondutora
O
RAM e ROM
O
Memória Flash
33

34. MEMÓRIASEMICONDUTORA O
Usada pela maioria dos computadores 
modernos:
O
Confiável, barata e compacta.
O
Volátil: exige corrente elétrica contínua.
O
Se a corrente for interrompida, os dados se perdem.
O
Semicondutor Complementar de Óxido de Metal –
Complementary Metal Oxide Semiconductor 
(CMOS).
O
Retém informação quando a energia é desligada.
O
Usado para armazenar informações necessárias quando o 
computador é inicializado.
34

35. RAM EROM O
Memória de Acesso Aleatório –Random-Access 
Memory (RAM) O
Memória Somente de Leitura –Read-Only 
Memory (ROM)
35
© 2004 by Pearson Education
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36. MEMÓRIA DEACESSOALEATÓRIO
36
O
Dados podem ser 
acessados 
aleatoriamente:
O
O endereço de memória 10 
pode ser acessado tão 
rapidamente quanto o 
endereço de memória 
10.000.000.
O
Tipos:
◦
RAM estática – Static RAM  (SRAM)
◦
RAM dinâmica – Dynamic  RAM 
(DRAM)
O
Empacotadaemplacasde 
circuito:
◦
Módulos de memória lineares
de via simples (SIMMS). ◦
Módulos de memória lineares
de via dupla (DIMMS).

37. RAM ESTÁTICA O
Retém seu conteúdo com intervenção da CPU.
O
Mais rápida e mais cara do que a DRAM.
O
Tipicamente usada para cache de Nível 2. 
37

38. RAM DINÂMICA O
Deve ser continuamente recarregada pela CPU, 
ou perderá seu conteúdo. O
Usada para memória de computadores pessoais. O
DRAM síncrona –Synchronous DRAM 
(SDRAM): o tipo mais rápido de DRAM usado 
atualmente.
O
Rambus DRAM (RDRAM): mais rápida do que 
a SDRAM, tornar-se-á mais comumente usada 
quando os preços se reduzirem.
38

39. MEMÓRIASOMENTE DELEITURA O
Contém programas e dados registrados 
permanentemente na memória pela fábrica.
O
Não pode ser alterada pelo usuário.
O
Não-volátil: o conteúdo não desaparecerá quando houver 
queda de energia.
O
Chips de ROM programáveis (PROM): O
Algumas instruções no chip podem ser alteradas.
39

40. MEMÓRIAFLASH O
RAM não-volátil O
Usada em telefones celulares, câmeras digitais e 
computadores manuais (handheld). O
Os chips de memória flash assemelham-se   aos
cartões de crédito. O
Menores do que uma unidade de disco e requerem
menos energia. 
40

41. O BARRAMENTO(BUS) DOSISTEMA O
Percursos elétricos paralelos que transportam 
dados entre a CPU e a memória. O
Largura de barramento: O
O número de percursos elétricos para transportar 
dados. O
Medida em bits.
O
Velocidade de barramento: O
Medida em megahertz (MHz).
41

42. LARGURA DEBARRAMENTO O
Tipicamente, a mesmalargurado 
tamanhode palavrada CPU. O
Com um tamanhode barramentomaior,           
a CPU pode:
O
Transferir mais dados simultaneamente:
O
Torna o computador mais rápido.
O
Referenciar números de endereço de memória maiores:
O
Permite mais memória.
O
Suportar um número e uma variedade maiores de 
instruções.
42

43. VELOCIDADE DEBARRAMENTO O
Quantomaiora 
velocidadede 
barramento, mais
rapidamenteosdados 
viajarãopormeiodo 
sistema.
O
Computadorespessoais
têmvelocidadesde 
barramentode 533 MHz 
ou20.000 MHz.
43

44. BARRAMENTOS DEEXPANSÃO O
Adicione dispositivos periféricos ao sistema:
O
Placa de expansão
O
Porta
O
Barramentos de expansão comuns
44

45. PLACAS DEEXPANSÃO O
Conectam-se a slots 
(encaixes) de 
expansão ou à   
placa-mãe.
O
São usadas para 
conectar dispositivos 
periféricos.
45

46. PORTAS O
Conectoresexternosparaplugar
periféricos, como, porexemplo, 
impressoras.
O
trêstiposde portas: O
Seriais: transmitem dados à base de um bit a cada vez.
O
Usadas para dispositivos lentos, como o mouse e o teclado.
O
Paralelas: transmitem grupos de bits em conjunto, lado
a lado.
O
Usadas para dispositivos mais rápidos, como impressoras
e scanners.
O
Universal Serial Bus (USB) é um tipo de conexão "ligar e 
usar" que permite a conexão de periféricos sem a necessidade 
de desligar o computador.
46

47. B
ARRAMENTOS DE
E
XPANSÃO E
P
ORTAS
C
OMUNS
O
Barramento Industry Standard Architecture (ISA):
O
Usado para dispositivos lentos, como o mouse e o modem.
O
Barramento Peripheral Component Interconnect (PCI):
O
Usado para dispositivos mais rápidos, como discos rígidos.
O
Accelerated Graphics Port (AGP):
O
Provê desempenho de vídeo mais rápido.
O
Barramento IEEE 1394:
O
Um barramento de alta velocidade normalmente usado para
conectar equipamentos de vídeo.
O
Barramento PC Card:
O
Usado em laptops para plugar um dispositivo do tamanho
de um cartão de crédito.
47

48. VELOCIDADES DEPROCESSAMENTO DOS
COMPUTADORES
O
As velocidadesde instruçãosão medidasem
segundos:
O
Milissegundo: um milésimo de segundo.
O
Microssegundo: um milionésimo de segundo.
O
Nanossegundo: um bilionésimo de segundo.
O
Computadores modernos atingiram essa velocidade.
O
Picossegundo: um trilionésimo de segundo.
48

49. VELOCIDADES DOSMICROPROCESSORES O
Medida da velocidade de clock do sistema: O
Quantos pulsos eletrônicos o clock produz               
por segundo.
O
Usualmente, expressa em gigahertz (GHz). 
O
Billhões de ciclos de máquina por segundo.
O
Alguns PCs antigos mediam em megahertz (MHz).
O
Uma comparação de velocidades de clock
somente é significativa entre 
microprocessadores idênticos.
49

50. OUTRASMEDIDAS DEDESEMPENHO O
MIPS –Um Milhão de Instruções por        
Segundo.
O
Computadores pessoais de alta velocidade podem 
executar mais de 500 MIPS. O
Tipicamente, uma medida de desempenho mais 
acurada do que a velocidade de clock.
O
Megaflop –um milhão de operações em ponto 
flutuante por segundo.
O
Mede a capacidade do computador para executar 
operações matemáticas complexas.
50

51. CACHE O
Uma área de armazenamento temporário: O
Agiliza a transferência de dados dentro do 
computador.
O
Memória cache
O
Cache de processador
51

52. MEMÓRIACACHE O
Um pequenoblocode memóriade altavelocidade: O
Armazena os dados e as instruções usados com mais freqüência
e mais recentemente.
O
O microprocessadorprocuraprimeiramentenacache   
osdados de quenecessita:
O
Transferidos da cache muito mais rapidamente do                     
que da memória. O
Se não estiveremna cache, a unidade de controle recupera-os da 
memória.
O
Quanto mais “presença de dados” na cache, mais rápido é o 
desempenho do sistema.
52

53. CACHE DEPROCESSADOR
O
Cache interna (Nível 1) embutida no 
microprocessador.
◦
Acesso mais rápido, porém custo mais elevado.
O
Cache externa (Nível 2) em um chip 
separado.
◦
Incorporada ao processador e alguns 
microprocessadores atuais.
53

54. TECNOLOGIARISC
O
Computação com um Conjunto Reduzido de 
Instruções –Reduced Instruction Set 
Computing
◦
Usa um pequeno subconjunto de instruções.
◦
Um menor número de instruções aumenta a 
velocidade. ◦
Inconveniente: operações complexas têm de ser 
divididas em uma série de instruções de         
tamanho menor.
O
Computação com um Conjunto Complexo de 
Instruções –Traditional processors use 
Complex Instruction Set Computing(CISC)
54