ARQUITETURA DE COMPUTADORES

Componentes de um Sistema de Computação

2.1 DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES

Um sistema de computação é um conjunto de componentes integrados para funcionar como se fossem um único elemento e que têm por objetivo realizar manipulações com dados, isto é, realizar algum tipo de operações com os dados de modo a obter uma informação útil.

Os comandos definidos - que se constituem, em conjunto, no que se denomina um Programa de Computador - precisam ser interpretados pela máquina (pelo computador) e, para tal, precisam de algum modo ser introduzidos no hardware. Trata-se da primeira etapa de um processamento - Entrada - que requer um componente ou equipamento específico (hardware).

Há inúmeros equipamentos que podem ser utilizados como componente de entrada de dados em um sistema de computação, como, por exemplo, um mouse, uma unidade de disco magnético (como os disquetes, tão populares em microcomputadores), um sensor ótico (utilizado para “ler" as marcas a lápis, colocadas em folhas de respostas por candidatos em um vestibular) ou um sensor magnético (utilizado para “ler" marcas colocadas em um cheque de banco).

Os Computadores foram (e ainda são) projetados com capacidade de entender e realizar apenas tarefas bem simples e curtas, tais como: somar dois números de cada vez (eles não efetuam operações com três ou quatro números de uma só vez etc.), mover um número de um local para outro, ler o caractere correspondente à tecla que acabamos de pressionar no teclado e assim por diante. Então, para que o computador possa realizar as tarefas, precisamos detalha-las mais, de modo que as novas tarefas sejam iguais às operações que o hardware sabe fazer. Ou seja, o programa introduzido no sistema pelo dispositivo de entrada não pode ser diretamente processado, pois seus comandos são complexos para o

Entendimento da máquina.

Devemos ter atenção ao fato de que, para que uma máquina seja capaz de realizar várias operações, é preciso que ela seja de algum modo instruída para identificar cada uma delas e, depois de identifica-la, saber como realizá-la.

Chamam-se por causa disso instruções de máquina. O componente do computador que é capaz de entender e realizar uma operação definida por uma instrução de máquina denomina-se Unidade Central de Processamento - UCP, ou simplesmente processador central (CPU - Central Processing Unit). Uma UCP ou processador é constituída de milhões de minúsculos circuitos e componentes eletrônicos (transistores, resistores etc.), cujas funções básicas são ler e interpretar instruções de máquina e realizar as operações matemáticas (ou outras) definidas após a interpretação de uma determinada instrução. Atualmente, os mencionados milhões de elementos podem ser encapsulados em um único invólucro, formando as pastilhas (chips).

Para que a UCP possa trabalhar - entender e executar uma instrução de máquina - é necessário, em primeiro lugar, que o programa seja introduzido no sistema (através de um dispositivo de entrada, como o teclado), para em seguida ser convertido no programa, e depois a UCP começar a executar este último.

Antes da execução do programa, este e os dados que serão por ele manipulados, devem ser armazenados na própria máquina para, um a um, serem localizados pelo processador, entendidos e executados, sem que haja interveniência de uma pessoa (pois, nesse caso, haveria sempre um tempo de atraso bem grande). O componente do sistema de computação responsável pelo armazenamento das informações introduzidas pelo componente de ENTRADA é denominado Memória.

Após a realização de todas as operações, os resultados devem ser apresentados ao usuário interessado, o qual naturalmente deseja vê-los em uma forma inteligível para ele (caracteres alfabéticos, algarismos decimais, sinais de pontuação da nossa linguagem etc.) e não na linguagem do computador. Esses resultados podem ser apresentados em um vídeo, ou impressos em um outro equipamento muito popular em computação, conhecido como Impressora, ou em qualquer outro dispositivo de SAÍDA.

A quantidade de elementos eletrônicos individuais, a complexidade do processo de fabricação e do funcionamento, a capacidade e a velocidade de operação de cada um dos componentes de um computador (dispositivos de entrada, UCP, memória e dispositivos de saída) anteriormente descritas podem variar substancialmente de um sistema de computação para outro.

A Unidade Central de Processamento é o componente vital do sistema, porque, além de efetivamente realizar as ações finais (as operações matemáticas com os dados), interpreta o tipo e o modo de execução de uma instrução, bem como controla quando e o que deve ser realizado pelos demais componentes, emitindo para isso sinais apropriados de controle.

Os programas e dados são armazenados na Memória para execução imediata (memória principal e memória cache) ou para execução ou uso posterior (memória secundária).

Os dispositivos de Entrada ou Saída servem basicamente para permitir que o sistema de computação se comunique com o mundo exterior, realizando ainda, além da interligação, a conversão das linguagens do siste-

ma para a linguagem do meio exterior (caracteres de nossas linguagens) e vice-versa.

Em resumo, os sistemas atuais, embora mais potentes, possuem os mesmos componentes básicos e realizam suas funções essenciais orientadas pelos mesmos conceitos fundamentais expostos no relatório apresentado por

John von Neumann [NEUM 45], relativo à arquitetura do seu sistema EDVAC e do IAS quais sejam: dados e instruções são armazenados em uma memória do tipo que escreve e recupera (leitura); o conteúdo da memória é endereçado conforme a sua posição, independentemente do tipo da informação nele contido; e a execução das instruções ocorre de forma sequencial (a não ser que uma instrução específica mude momentaneamente a sequência), uma em seguida à outra.

2.2 REPRESENTAÇÃO DAS INFORMAÇÕES

2.2.1 O Bit, o Caractere, o Byte e a Palavra

Toda informação introduzida em um computador (sejam dados que serão processados ou instruções de um programa) precisa ser entendida pela máquina, para que possa corretamente interpreta-la e processa-la.

O computador, sendo um equipamento eletrônico, armazena e movimenta as informações internamente sob forma eletrônica; esta pode ser um