Arquitetura de Von Neumann - Unisinos

Arquitetura de Von Neumann Hardware do computador dividido em 3partes:Unidade central de processamento Buscar, executar e devolver resultado de instruçõespara a memóriaDispositivos de entrada e saída Entrada e saída de dados. Interação com usuários.Memória Armazenamento de dados e instruções

Arquitetura de Von NeumannCPUEntradaMemóriaSaída

Arquitetura de Von Neumann Dispositivos de entrada e saída:São periféricos/hardware que permitem a entradade dados e instruções para o computador eexibem o resultado do processamento da CPU.Entrada: teclado, mouse, drive de disquete, driveDVD, ... Saída: impressora, monitor, drive de disquete, ...Interatividade com o usuário.

Arquitetura de Von Neumann Memória:Tudo o que é executado é carregado para amemória principalColeção de posições de memória ou slots dememória.Dados e instruções são acessados através doendereço de memória.Barramentos conectam a memória à CPU

Arquitetura de Von NeumannCPU – central process unit:Unidade central de processamento é dividida em váriassubunidades: ULA – Unidade lógica e aritméticaColeção de circuitos que realizam as operações (adição,subtração, manipulação de bits, ...) sobre os dados.RegistradoresPosições de memória construídas dentro da CPU. Muito maisrápido do que acesso a memória principal (RAM)UC - Unidade de controleControla todo o fluxo de execução da CPU. Busca dados einstruções da memória e coordena a troca de dados entreregistradores e ULA.

Arquitetura de Von NeumannFuncionamento da CPU:Tarefas complexas são decompostas em seqüência deinstruções simplesCada instrução é executa movendo-se dados dosregistradores para a ULA, que executa o cálculo ouoperação apropriada e retorna dados para osregistradores.Ciclo da CPU: Caminho completo de uma instrução: dos registradores atéa ULA e da ULA até os registradores, passando porbarramentos. Velocidade do computador é medida em ciclos porsegundo.

Arquitetura de Von NeumannFuncionamento da CPU:Para uma tarefa ser executada, ela deve ser carregada damemória principal (instrução a instrução) na ULA. A ULAexecuta e devolve o resultado para a memória.Exemplo:Tarefa: c = a + bSeqüência de execução na CPU: R0 recebe o valor de a R1 recebe o valor de b R0 e R1 são passados para ULA ULA executa a soma Resultado é devolvido para R2 Posição de memória associada a c recebe o resultado

Arquitetura de Von Neumann Execução:O programa é carregado para a memóriaO sistema operacional controla a seqüência dasoperações e alocação de memória.E os programas são lidos a partir da primeirainstrução até chegar a uma instrução de stop ouparar.Unidade de controle recebe cada uma dasinstruções, interpreta e dá seqüência a fluxo deexecução operativa (registradores – ULA)

Arquitetura de Von NeumannProgramação:O conjunto de instruções possíveis que uma CPU podeexecutar é chamado de linguagem de máquina.Programadores são aqueles que podem controlar ocomportamento do computador através de instruções emlinguagens de máquina.Na prática, os programas (conjuntos de instruções emseqüência) são programados em linguagens deprogramação ditas de alto nível e convertidos paralinguagem de máquina por compiladores.

Arquitetura de Von NeumannLinguagens de programação:Linguagens – conjunto finito de comandos que sãocombinados (programados) de tal forma a produzir umprograma, para realizar uma tarefa.Baixo nível – são linguagens de máquina, portanto, é oque o computador consegue interpretar e executar.Alto nível – são linguagens de aquelas que facilitam aprogramação por parte do programador, pois estão maispróximas a linguagem humana. Exemplo: C/C++, Java,Pascal, ...Compilador – é um programa que converte as instruçõesde um programa escrito em uma linguagem alto-nível eminstruções de máquina.

Arquitetura de Von Neumann Linguagem de máquina:São comandos simples que a CPU podeexecutar.Estão comando são combinados para produziruma tarefa mais complexa.Exemplos de comandos baixo nível: Registrador R0 recebe um valor Registrador R1 recebe um valor ULA computa operação de soma R2 recebe o resultado da soma feita pela ULA

Arquitetura de Von NeumannNa prática, cada instrução da ULA está associada auma seqüência de bits. Por exemplo: Soma poderia ser: 01001000 Atribuição de variável: 00000001 Desvio de fluxo: 01001110Portanto: impossível programar desta forma!Solução: programar em linguagens de alto nível edeixar o trabalho “pesado” para o compilador.

Arquitetura de Von Neumann Exercício. Primeira tarefa de programação:Qual seria o conjunto de instruções (programa)para somar 100 números armazenados namemória? Responda com frases, não é necessário saberprogramar. Primeiro em alto nível... Depois em “linguagem de máquina”... Agora, como desafio, tente programar. Associe umcomando com cada frase ou instrução necessária.

Referências REED, David. A Balanced Introduction toComputer Science and Programming.Prentice Hall. Wikipédia. Arquitetura de Von Neumann KOWALTOWSKI, Tomas. A Obra e oLegado de John Von Neumann. EstudosAvançados, V. 10, no. 26, São Paulo, 1996.