Modelo de von neumann

1. Introdução à
Arquitetura de
Computadores
Prof.ª Ms. Elaine Cecília Gatto

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2. Modelo de Von Neumann
•O nome refere-se ao matemático John Von Neumann, que foi
considerado o criador dos computadores da forma como são
projetados até hoje. Entretanto, outras pessoas também
estiverem envolvidas no processo.
•A idéia do modelo surgiu da necessidade de armazenar
programas em um computador, pois, até então, ainda não
haviam formas de armazenamento de programas em um
computador.
•Von Neumann e outros pesquisadores descobriram que,
utilizando dispositivos de memória em formas de linha de
retardo de mercúrio, poderiam armazenar instruções de
programas.
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3. Modelo de Von Neumann
•A proposta inicial de um computador de programa
armazenado, denominado IAS (Princeton Institute for
Advanced Studies), relatada pelo próprio von Neumann era:
•Primeira Parte Específica – Central Arithmetic ou CA: O
dispositivo deve realizar as operações elementares da
aritmética mais frequentemente, e por este motivo, deve
ter unidades especializadas apenas para essas operações;
•Segunda Parte Específica – Control Center ou CC: A
sequenciação apropriada das operações pode ser
executado, de forma mais eficiente, por um controle
central;



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4. Modelo de Von Neumann
•Terceira Parte Específica:
•Memória ou M: Qualquer dispositivo que tiver que
executar longas e complicadas sequencias de operações
precisa ter uma memória considerável.
•Recording ou R: deve ser capaz de manter contato de
entrada e saída, que são os neuronios correspondentes
sensoriais e motores do cérebro humano.
•Quarta Parte Específica – Input I: é necessário ter unidades
para transferencia de informações de R para M.
•Quinta Parte Específica – Output O: é necessário ter unidades
para transferencia de informações de M para R.


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5. Modelo de Von Neumann
•O modelo de Von Neumann é também chamado de sistemas de von
Neumann ou arquitetura de von Neumann e são denominados de
computadores com programas armazenados.
•As características destas máquinas são as seguintes:
•3 sistemas de hardware:
1.UCP ou CPU – Unidade Central de Processamento que contém:
•Uma unidade de controle (UC);
•Uma unidade lógica aritmética (ULA);
•Vários registradores (memórias internas da CPU);
•Um contador de programa (PC);
2.Sistema de Memória Principal;
3.Sistema de Entrada/Saída;
•Capacidade para executar instruções sequencialmente;
•Possui apenas um caminho de dados entre a UCP e a memória principal
(chamado de Gargalo de von Neumann)
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6. Modelo de Von Neumann
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7. Modelo de Von Neumann
•Ciclo de execução de von Neumann:
•Ciclo de busca-decodificação-execução de instruções, isto é,
busca uma instrução, decodifica-a e a executa;
•Descreve como a máquina (o hardware) trabalha com as
instruções que devem ser executadas.
•A CPU tem como função:
•Executar programas que estão armazenados na memória
principal;
•Buscar as instruções desses programas;
•Examinar essas instruções;
•Executar as instruções uma após a outra (sequencia);
•A unidade de controle tem como função:
•Buscar instruções na memória principal;
•Determinar o tipo dessas instruções;

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8. Modelo de Von Neumann
•A unidade lógica aritmética tem como função:
•Efetuar operações aritméticas;
•Efetuar operações booleanas (e, ou, not, etc)
•Essas operações são necessárias para a execução das
instruções dos programas;
•Registradores da CPU:
•São memórias de alta velocidade;
•Armazenam resultados temporários “dentro” da CPU;
•São usados para controlar as informações;
•Cada registrador tem uma função e um tamanho (em bits e/ou
bytes);
•São lidos e escritos em alta velocidade pois são internos à
CPU;
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9. Modelo de Von Neumann
•OBS.: a CPU não consegue manter todos os valores manipulados por
um programa apenas em registradores, por isso necessita de uma
memória para o armazenamento das informações. Mais detalhes
serão discutidos à frente.
•Contador de programa ou Programm Counter:
•É o registrador mais importante da CPU;
•Indica a próxima instrução a ser buscada para execução;
•Registrador de Instrução (IR):
•Contém a instrução que está sendo executada no momento em
questão;
•Como esses dispositivos eletrônicos conversam? Barramentos!
•Barramento: é um conjunto de fios paralelos (condutores de energia)
que transmistem endereços da memória e dos registradores, dados e
também sinais de controle; é por onde transitam os bits
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10. Modelo de Von Neumann
•Barramentos internos à CPU: quando estão dentro da pastilha da
CPU;
•Barramentos externos à CPU: são aqueles que conectam a
memória e os dispositivos de E/S à CPU.
•Conceitos importantes sobre barramentos:
•Largura do barramento: é o número de bits que são
transportados em uma operação. Exemplo: a largura do
barramento do 486 era de 32 bits.
•Frequencia de operação: é a velocidade com que os dados
são transmitidos no barramento. Exemplo: o barramento
externo do Pentium I operava a 66Mhz.
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11. Modelo de Von Neumann
•Exemplo de execução de uma instrução em máquinas do
modelo de von Neumann:
•A unidade de controle busca a próxima instrução do
programa na memória principal;
•O contador de programa é usado pela unidade de controle
para determinar onde a instrução está localizada;
•A instrução é decodificada para uma linguagem que a
unidade lógica aritmética possa entender;
•Os operandos de dados requeridos para executar a
instrução são carregados da memória e colocados em
registradores;
•A unidade lógica aritmética executa a instrução e coloca os
resultados em registradores ou na memória.
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12. Modelo de Von Neumann
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13. Modelo de Von Neumann
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14. Referencias
1.MONTEIRO, Mario A. Introdução a Organização de Computadores.
5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007

2.TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de
Computadores. 5ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.

3.STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores.
8ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.

4.NULL, Linda. Princípios Básicos de Arquitetura e Organização de
Computadores. 2ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2010.

5.LORIN, Harold. Introducao a Arquitetura e Organizacao de
Computadores. Rio de Janeiro: Campus, 11985.
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15. Referencias
1.PATTERSON, David A.; HENNESSY, John L. Computer Organization
and Design: The Hardware And Software Interface. 2ª ed. San
Francisco, USA: Morgan Kaufmann, 1998.

2.PATTERSON, David A.; HENNESSY, John L. Organização e Projeto de
Computadores: A Interface Hardware e Software. 2ª ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2000.

3.WEBER, Raul Fernando. Fundamentos de Arquitetura de
Computadores. 3ª ed. Porto Alegre, RS: Bookman, Instituto de
Informatica da UFRGS, 2008.

4.TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de
Computadores. 4ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001.

5.TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de
Computadores. 5ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.
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16. Referencias
1.HENNESSY, JOHAN L. Arquitetura de Computadores: uma
abordagem quantitativa. Rio de Janeiro: Campus, 2003.
2.REBONATO, MARCELO T. Organização de Computadores: notas de
aula. Universidade de Passo Fundo.
3.RICARTE, IVAN l. M. Organização de Computadores. Universidade
Estadual de Campinas.
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