16/08/2016

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Arquitetura von Neumann

Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação

Prof. Dr. rer. nat. Daniel D. Abdala

GB

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36–A

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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.

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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

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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;

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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;

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Uma visão geral de um processador A Arquitetura “von Neumann”

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Abstração do Processador

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Exemplos

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Data path

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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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