Sistemas Computacionais - Unidade Central de Processamento - CPU

E aí [Música] o Olá pessoal bem-vindos a aula de hoje a ideia da aula de hoje é que a gente trabalha as funções as transações e as interações da CPU principalmente com os outros elementos Então a gente vai falar da interação da CPU com a unidade lógica aritmética CPU com seus registradores CPU com os periféricos e com os barramentos tá bom é sabido entre a comunidade né quem conhece um computador vai lembrar muito bem disso que a CPU é o cérebro do computador porque que ela é o cérebro né Porque é ela que executa programas

que estão armazenados aí na memória né ela busca ela examina e ela executa a sequência de instruções que foram enviadas aí para ela e isso é o que a gente chama de ciclo da máquina a gente vai ver mais para frente e aí esse ciclo em detalhes então a organização de um computador simples com barramento é essa que vocês vão ver aí na próxima figura essa essa figura ela representa que essa CPU né ela Executa os programas que chegam até ela né E ela é composta de uma unidade de controle dos registradores que vocês vem

logo abaixo aí dessa primeira caixa né e das interconexões Então se vocês olharem aí mostra nessa figura um barramento não é uma interconexão entre os componentes né a unidade de controle ela que comanda o funcionamento de cada subsistema e dos componentes aí de memória dispositivos de entrada e saída a também na CPU se vocês olharem os registradores nessas caixinhas aí essas quatro caixinhas que estão representadas na primeira coluna no quadrinho quadrinho de baixo esses registradores eles são Memórias de grande velocidade né E aí é CPU dessas memórias lá na resultados que são temporários enquanto ela

está executando aí as transações nas operações e também para realizar algum tipo de controle os componentes de um computador como eu tinha dito eles são conectados por esse barramento né que na verdade o barramento são fios né Paralelos que transmitem endereços dados sinais de controle entre a memória e os dispositivos de entrada e saída ou mesmo dispositivos internos tá os computadores modernos que nós compramos eles não tem apenas um barramento como tá nesse esquema aí né mas ele é composto por vários barramentos a gente vai depois de escrever e inclusive os tipos de barramento e

é além de como andar com funcionamento aí de cada subsistema a unidade de controle da CPU não é a parte o elemento de unidade de controle da CPU ele busca instruções na memória principal E aí ele vai determinar o tipo dessa instrução a unidade lógica é aritmética ela faz operações matemáticas para executar as inscrições que foram recebidas pela CPU os dois aspectos mais importantes que tem na aritmética computacional são os modos como os números são representados né Vocês já devem ter estudado que te falar do formato binário é os números representados em 01 e também

os algoritmos usados aí para que as operações aritméticas básicas por exemplo adição subtração multiplicação e divisão né aconteça né isso vai se aplicar tanto para os números inteiros quanto a águia aritmética de números aí de ponto flutuante esses assuntos aí foram abordados em outras disciplinas durante o curso os registradores eles são as pequenas memórias que eu havia mencionado de grande velocidade que armazenam aí os dados temporários rede ímpar unidade lógica é aritmética então está fazendo dos cálculos né Então aí a gente vai falar que também entre os registradores a diferença né existem diferentes tipos de

registradores é a gente pode contar em com 3 tipos de registradores Existem os registradores que são uma espécie de contador de programa é ele é o registrador considerado o mais importante porque ele é uma espécie de um ponteiro né ele indica sempre a próxima instrução que vai ser buscada para execução então através dele é CPU sabe sempre Qual é a próxima instrução a ser buscar não tem o registrado a produção ele põe né ele ele armazena a instrução que está sendo executada e tem um registrador de dado que o objetivo do registrador de dado é

manter os dados da entrada depois também dados resultados intermediários e os resultados finais aí da aritmética ou da execução realizada e esse é o slide que eu tinha mencionado né nesse slides vocês vão conseguir enxergar o que a gente chama de ciclo da máquina né que é o ciclo de execução ainda é sua CPU para executar as instruções do programa a CPU usa esse ciclo né esse ciclo está ele é composto basicamente por três frases que estão ilustrados nessa figura aí que vocês estão vendo a busca que é a primeira fase aí ela ela ocorre

quando o sistema ele copia a próxima instrução lá no registrador do tipo instruções da CPU o endereço da instrução a ser copiada ele fica no registrador contador de programa A gente vai ver mais para frente que esse endereço é o endereço da memória né a decodificação é o próximo passo ela vai acontecer quando a unidade de controle decodifica a instrução e quando ela está no registrador this é a dessa etapa aí a resulta o código que a gente chama né de código binário para uma operação que o sistema vai realizar No final a execução essa

etapa de execução acontece quando a ordem da tarefa executada pela Unidade de controle para um componente aí da CPU é por exemplo a CPU ela pode dizer para a unidade lógica é aritmética para somar o conteúdo de dois registradores de entrada então eu tenho armazenado lá cinco e quatro nos registradores de entrada e aí que que aconteceu a CPU ela disse para ula ó toma os dois registradores da unidade a gente entrada depois coloca o registrador em uma unidade uma registro de saída então aí essa máquina vai fazendo esse círculos né conforme vai tendo operações

aí a serem executadas pela CPU como vocês viram em algumas é apenas do curso os computadores utilizam programas para processar dados então o programa ele é um conjunto de instruções né Aí é uma sequência de instruções que os seus comandos de desvios e a ideia é a função do programa é gerar dados de saída né resultados a partir dos dados de entrada então a unidade lógica é aritmética ela é a o elemento do computador que vai executar desse programa todas as operações que são aritméticas e lógicas né então ela vai efetuar por exemplo operações aritméticas

de soma subtração né algumas outras de transmissão de dados né tudo isso sobre a entrada para produzir registrar resultados que são armazenados no registrador a ula ela realiza três tipos de operações as operações lógicas as operações aritméticas e as operações e as operações lógicas são aquelas que tratam a entrada dos dados né e os resultados como como padrões binárias são aquelas operações que a gente fazia lá nas programações né se isso e aquilo então aquele e é uma operação lógica de duas situações né então no caso do erro tem que ser as duas verdadeiras para

o programa continuar nesse nesse ter né é as operações aritméticas né são as operações básicas aí da matemática que vocês conhecem né adição subtração divisão multiplicação né e as operações de deslocamento elas trabalham sobre as duas anteriores então existem deslocamentos lógicos e existem deslocamentos aritmética o deslocamento Lógico ele tem a função de deslocar os padrões binários para esquerda e para direita e o deslocamento que é chamado deslocamento é aritmética e ele é aquele que é aplicado para os números inteiros EA ideia dele o objetivo dele é dividir ou multiplicar números inteiros por dois certo é

na próxima slide agora vocês vão encontrar o que a gente chama aí de unidade lógica de controle né os elementos da do computador né na unidade lógica de controle Ele tem ele da unidade lógica aritmética ele recebe dados da unidade de controle recebe informações do registrador E aí ele gera os Beats e mais informações armazenadas em outros registradores certo então esses essas informações aí estão representadas nessa figura Esse é o os dispositivos de entrada e saída né ele não é é ele é uma maneira do computador então receber dados de fontes externas né e comunicar

dados é resultados das suas operações para o mundo exterior então o computador como vocês sabem ele não é a simples sistema fechado ele é o sistema que se comunica com o meio externo por meio de um sistema de entrada e saída esses é esse sistema que faz essa modificação Ele trabalha com dados codificados entre os dispositivos externos e entre dois dispositivos aí do computador ele também faz a comunicação entre a CPU EA memória principal Então vamos pensar agora aqui os dispositivos de entrada e saída são equipamentos de entrada e saída de dados e aí como

eles vão estar conectados com o restante dos e a maioria dos computadores pessoais uso que não são notebook e estações de trabalho eles normalmente tem aquele gabinete de metal que contém a em uma grande placa que a gente chama de placa mãe que na verdade é uma placa de circuito impresso aí e eu vou mostrar para vocês essa essa placa na próxima figura a placa mãe contém o chip da CPU alguns em caixas aí para os módulos de memória de e vários outros tipos de suporte a placa mãe apresenta também os barramentos que a gente

falou né E também só só que se lê Nos quais os conectores aí das placas de entrada e saídas não sem ser isso então nessa figura se vocês estragam aí a parte ar é aonde tá aí o cérebro do computador né a nossa CPU é na na letrinha B é ali aonde você a cena a sua memória RAM a E aí você tem por exemplo ali na GQ a gente tá falando agora os conectores de teclado mouse USB impressora então É bem interessante quem já abriu o computador Deve ter encontrado uma plaquinha como essa e

as plaquinhas dos Notebooks também elas não são nadas Diferentes né É cada dispositivo de entrada e saída né Vocês viram lá os conectores deles na placa-mãe eles eles possuem duas pernas né eles vão ter o controlador né o controlador é a parte eletrônica né normalmente ele está contido numa placa quer ligada no encaixe livre lá da sua placa-mãe mesmo que o monitor não seja opcional o controlador por exemplo de vídeo às vezes ele fica localizado em uma placa de encaixa do tipo plug-in né para permitir que o usuário Escolha entre a placa né entre as

placas ou com o e é aceleradores gráficos memória extra etc o controlador ele conecta com seu dispositivo por meio de um cabo ligado aí ao conector na parte de trás aí dos gabinetes de computadores pessoais e outra parte é o drive de disco o drive de disco é aquele que contém o dispositivo de entrada e saída então aí nessa figura vocês vão encontrar estrutura lógica de um computador pessoal simples né E esse computador tem um único barramento aí para conectar CPU a memória e os equipamentos de entrada e saída é a maioria dos sistemas né

esse é um exemplo aí esquemático porque a maioria do sistema tem mais de mais barramentos né do que simplesmente o único barramento como nesta figura E é em termos de arquitetura de entrada e saída os componentes é são o bloco de memória principal né exclusivo para as funções de entrada e saída os módulos de controle no sistema principal e nos dispositivos periféricos os barramentos que fornecem aí a maneira de movimentar dados entre o ambiente externo e o computador e as interfaces com dispositivos externos e também as ligações entre o sistema principal e os periféricos de

sistema na próxima figura você pode ver como esses componentes formam aí um sistema integrado de entrada e saída nessa figura vocês vão ver os componentes da placa mãe né aí na parte nesse nesse quadro aí marcado com a certinha placa-mãe né conectados com barramento e com as principais interfaces para os dispositivos de saída na placa e no lado do dispositivo vocês também verão As Memórias a interface EA parte eletrônica aí no caso do disco e da impressora na parte inferior da figura em relação à a aos dados e conectados entre os elementos a transmissão de

dados entre computadores dispositivos e periféricos ela pode ser uma transmissão do tipo paralela né onde você envia um byte por ver então aí você vai enviar um byte por vezes em vários né isso vai funcionar bem a distâncias curtas e transmissão ela pode ser serial né aí o único cabinho que vai acabar enviando um bit de cada vez né E aí eles são transmitidos aí nesse cabe na próxima figura isso fica a ilustrado Então você tem barramentos nesse caso o exemplo é o barramento entre a CPU EA memória E aí a gente vai falar agora

dos tipos de barramento no primeiro aí tá dizendo purificado o barramento de dados e a gente tem barramentos também que são barramento de endereço e barramento de controle vamos lá diferenciar esses barramentos né o barramento de dados ele tem diversas linhas de conexão e cada linha vai transportar um vídeo por vez o número de linhas de conexão ela acaba dependendo aí da arquitetura do computador para saber qual é o número de palavras é o tamanho das palavras utilizadas pelo computador então a gente fala de arquitetura de 16 e 32 bits a gente vai falar mais

sobre isso tem os barramentos questão de endereço os barramentos de endereço são aqueles que permite que que se acesse né que o computador acesse determinada a palavra na memória da máquina o número de linhas de conexão desse tipo de barramento ela vai depender de como o computador a falha na parte de endereçamento de memória a questão de endereçamento de memória também é tratada nos próximos slides o barramento de controle é aquele barramento que realmente transporta comunicação entre a memória EA CPU o número de linhas desse barramento ele vai depender da quantidade total de comandos de

controle né então é aí fica mostrado para vocês né que os barramentos eles também é transportam aí diferentes informações nos seus diferentes tipos E para finalizar essa aula né vamos tratar agora de último assunto que fala um pouco da arquitetura diferente que existe aí com o objetivo de ganhar a utilização de processamento né E aí quando a gente cita essa mão grande motivação a gente vai falar das arquiteturas cisc e risc assistir é uma arquitetura que vem da palavra complexa extraction step computer que é um computador com conjunto de instruções complexas né a ideia das

IES que é um grande conjunto de instruções que essas instruções sejam é instruções simples ou instruções complexas assim a programação nela trabalha de uma maneira mais fácil mas aí você vai ter uma complexidade né em relação à é o circuitos né os circuitos dessas CPU é a programação de e apesar de ser fácil a complexidade do conjunto de instruções acabar tornando os circuitos da CPU e da unidade de controle mais complicado para resolver esse tipo de problema a computação a gente trabalha com a programação feita em dois níveis não é o que acontece é que

uma instrução na linguagem de máquina ela não é executada diretamente pela CPU a CPU realiza somente instruções simples que aí são denominadas de micro-operações uma instrução que ela é mais complexa ela é transformada em operações simples que ainda o são executadas pelos pela CPU esse tipo de trabalho nessa transformação esse trabalho da programação em dois níveis ela precisa do que a gente chama de micro memórias né Yasmin Cruz memórias são as que mantém o conjunto aí de operações né para cada instrução complexa do a instruções e esse tipo de programação é a gente chama aqui

de microprogramação tá Então essas são as principais características da arquitetura física é arquitetura risc né ela trabalha um pouco diferente né É porque em estudos de arquitetura e organização de computadores sabe que as instruções de do tipo né as operações do tipo atribuição relação predominante né E aí pensou se principalmente em otimizar esse tipo de instrução para conseguir otimizar e o processamento das máquinas é condicionais e Loops né Elas existem também grande volume e também elas podem ser utilizadas aí como um efeito paralelo Então desse modo a otimização ela pode ocorrer com a ideia de

armazenar um número reduzido a operadores nos registradores E aí pensando nisso surgiram as arquiteturas denominadas de risco né queridos instruction set computer né que é um computador que trabalha com conjunto de instruções mais reduzidas né ela tem um número restrito de instruções mais ou menos 50 que fazem o milho o possível de operações simples e aí simulam as complexas né E aí como resultado disso você tem uma programação mais difícil e mais demorada né E se vocês quiserem um exemplo a as arquiteturas da família Intel aí x86 né família Intel 386 486 os pênis que

eu tenho de chocolate né Elas explora Lamba tanto Assis que como arrisque em diferentes situações é bom pessoal era basicamente isso que eu queria apresentar para vocês aí agora vocês vão encontrar o a bibliografia básica bom E com isso a gente encerra essa essa aula sobre unidade central de processamento Espero que tenham aproveitado aguardo vocês aí para próxima aula dessa semana muito obrigado e até mais é E aí E aí