Respostas Arquitetura de Computadores

Exercício Arquitetura de Computadores

1. Organização de computadores refere-se às unidades operacionais e suas interconexões que realizam as especificações arquiteturais. Exemplos: Sinais de controle, interfaces entre computador e periféricos e a tecnologia de memória utilizada.

Arquitetura de computadores refere-se aos atributos de um sistema visíveis a um programador. Atributos estes que possuem impacto direto sobre a execução lógica de um programa. Exemplos: Conjunto de instruções, o número de bits usados para representar diversos tipos de dados (números, caracteres), mecanismos de E/S e técnicas para endereçamento de memória.

Exemplo: É de questão arquitetural se um processador terá uma instrução de multiplicação.

É questão organizacional se a instrução será realizada através de repetidas somas ou através de uma unidade de multiplicação especial.

1. As quatro funções básicas de um computador são armazenamento de dados, processamento de dados, transferência de dados e controle.

1. Unidade Central de Processamento (CPU): Controla a operação do computador e realiza as funções de processamento de dados.
   Memória: Responsável pelo armazenamento de dados.

E/S: Move dados entre o computador e o ambiente externo a ele.
Barramento: Oferece interconexão entre os componentes de um computador interligando CPU, memória e E/S.

1. Um computador de programa armazenado é uma proposta da arquitetura de von Neumann que se caracteriza pela possibilidade de armazenar os programas na memória juntamente com os dados para que o computador possa obter suas instruções diretamente da memória.

1. 1ª geração: É marcada pela utilização de válvulas de vidro a vácuo que tem como principal função controlar os fluxos de elétrons. A programação era feita diretamente em linguagem de máquina e o armazenamento de dados era feito com cartões perfurados. Os computadores eram enormes, consumiam muita energia, esquentavam muito e tinham como principal finalidade o estudo científico. O principal exemplo dessa geração é o ENIAC construído e projetado na Universidade da Pensilvânia e foi o primeiro computador digital de propósito geral do mundo.
   2ª geração: As válvulas da primeira geração foram substituídas por transistores que são menores, mais baratos e dissipam menos calor que uma válvula. A partir desse momento é introduzido unidades aritméticas e lógicas e unidades de controle mais complexos. A programação passou a ser feita por linguagens de alto nível e a disponibilidade do software de sistema junto com o computador. O IBM 7094 foi uma das máquinas de maior sucesso desta geração de computadores.
   3ª geração: É marcada pelo surgimento dos circuitos integrados, possibilitando diminuir ainda mais o tamanho dos computadores e aumentar a capacidade de processamento. Consomem menos energia e tem um menor custo de fabricação. Nessa geração era possível comprar computadores com determinadas configurações e de acordo com as necessidades era possível aumentar suas capacidades.

1. Conjunto de instruções semelhante ou idêntico: O mesmo conjunto de instruções de máquina é aceito em todos os membros da família.
   Sistema operacional semelhante ou idêntico: O mesmo sistema operacional está disponível para todos os membros da família, em alguns casos, recursos adicionais são implementados nos membros do mais alto nível da família.

Velocidade aumentada: De acordo com a hierarquia da família, a taxa de execução de instruções é maior nos membros de mais alto nível da família.
Número cada vez maior de portas de E/S: O número de portas de E/S aumenta dos mais baixos para os mais altos níveis da família.
Tamanho da memória crescente: O tamanho da memória aumenta do mais baixo para o mais alto membro da família.
Maior custo: Os membros do mais alto nível da família tem maior custo que os dos níveis mais baixos.

1. Memória principal, unidade lógica e aritmética (ULA), unidade de controle e equipamento de entrada e saída (E/S).

1. A programação no hardware é realizada através da combinação de componentes para a realização de uma determinada instrução. Já a programação no software em vez de recombinar componentes para cada nova instrução, ela apenas emite sinais de controle sobre o hardware de uso geral para a realização de instruções.
   
2. Instrução é, de forma geral, as ações que o computador deve realizar. Por exemplo, um software é um conjunto de instruções que são interpretas pelo hardware e que geram sinais de controle.

1. O ciclo de instrução é o processo necessário para a realização de uma instrução. É dividido em duas etapas: Ciclo de busca e ciclo de execução.
   
2. O ciclo de instruções é realizado da seguinte forma:

1º Ciclo de busca: O processador busca uma instrução por vez na memória. O contador de programa armazena o endereço da próxima instrução a ser realizada. A instrução é carregada no registrador de instrução.

2º Ciclo de execução: O processador interpreta a instrução e a executa a ação solicitada.

1.  A. Interrupções são mecanismos pelos quais outros módulos podem interromper a execução normal do processador. Exemplos desses módulos: E/S e memória.

B. As interrupções são fornecidas principalmente como um modo de melhorar a eficiência do processador e sinalizar a CPU a ocorrência de eventos importantes com relação aos módulos de entrada e saída e memória. Permite aos periféricos sincronizarem a sua operação com a CPU.

C. O processador suspende a execução do programa que está sendo executado e salva seu contexto. Executa a interrupção, depois volta ao estado normal.

1. Duas técnicas podem ser utilizadas para tratar interrupções múltiplas. A primeira é desativar as interrupções enquanto uma interrupção estiver sendo processada. Casa haja uma interrupção enquanto uma outra já estiver sendo executada, esta última ficará pendente até que o processador conclua a primeira e reative as interrupções.
   A segunda técnica é definir prioridades para as interrupções. Uma interrupção de maior prioridade faz com que o tratamento de uma interrupção de menor prioridade seja interrompido.

1. Memória para processador: o processador lê uma instrução ou uma unidade de dados da memória.

Processador para memória: o processador escreve uma unidade de dados na memória.

E/S para processador: o processador lê dados de um dispositivo de E/S por meio de um módulo de E/S.

Processador para E/S: o processador envia dados para o dispositivo de E/S.

E/S de ou para a memória: para esses dois casos, um módulo de E/S tem permissão para trocar dados diretamente com a memória, sem passar pelo processador, usando o DMA.