A Arquitetura de Computadores

Máquina de von Neumann

- Uma breve história da evolução dos computadores

- ENIAC – Foi desenvolvido e construído na Pensilvânia e considerado o 1° computador digital do Mundo.

- Foi criado para suprir as necessidades dos EUA durante a 2° guerra mundial. A BRL foi a agencia que utilizou o ENIAC.

- os projetistas John Mauchly e John P. Eckent quiseram desenvolver um computador de uso geral, o exército concordou, e foi iniciado ENIAC.

- Maquina Decimal (não binaria) com operações em base 10.

- Memoria: 20 acumuladores armazenando cada um número decimal de 10 dígitos, cada digito um anel de 10 válvulas em cada instante apenas uma em on, ou seja ligado.

- O resultado foi uma enorme máquina de 30 toneladas, ocupava 142 m², tinha mais de 18.000 válvulas, consumia 140 Kwats de potência, fazia 5000 adições por segundo.

- Suas desvantagens, ao funcionar consumia boa parte da energia da cidade, e era programado manualmente.

- Concluído em 1946, ajudo a construir a bomba de hidrogênio , funcionou até 1955, quando foi desativado.

- A tarefa de carregar e iniciar um programa no ENIAC era trabalhosa, isso poderia ser facilitado, se um programa pudesse:

- Ser representado de forma adequada

- Armazenado na memória junto com os dados

- Ser modificado atribuindo valores a posições de memoria

O conceito de programa armazenado e atribuído aos projetistas do ENIAC, principalmente ao matemático John Von Neumann, inclusive a primeira publicação sobre um novo computador o EDVAC, foi feita por Von Neumann.

IAS – No instituto de estudos avançados de Princeton, Von Nemann e sua equipe começam o projeto de um novo computador de programa armazenado, o IAS foi concluído em 1952 e foi considerado o protótipo de todos computadores de propósito geral subsequentes.

Arquitetura de Von Neumann

- É uma arquitetura de computador que consiste em ser uma máquina capaz de armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, sendo possível manipular tais programas. Essa arquitetura é um modelo de computador digital de um programa armazenado que utiliza uma unidade de processamento e um de memória.

Os seguintes componentes estão na máquina proposta por Von Neumann.

- uma memoria

- uma unidade de aritmética e logica(ALU)

- uma unidade central de processamento(CPU)

- e uma unidade de controle(LU)

Unidade de controle programada

Execução de uma instrução

1. Trazer a próxima instrução da memória até o registro.
2. Alterar o contador de programa para indicar a próxima instrução.
3. Determinar o tipo de instrução trazida.
4. Se a instrução usar uma palavra na memória, indicar o endereço da mesma.
5. Trazer a palavra para dentro de um registrador da cpu, se necessário.
6. Executar a instrução.
7. Voltar a etapa 1 para executar a próxima instrução.

Memória do IAS

- 1000 posições

- Cada palavra 40 dígitos binários

- Número representado por 1 bit de sinal e um valor de 39 bits.

Tanto a unidade de controle quanto a ALU, contem células de armazenamento denominadas ¨registradores¨ estes são:

MBR – registrador temporário de dados contém uma palavra com dados que vão ou vem da memória.

MAR – registrador de endereço de memória especifica, o endereço de memória da palavra a ser lida ou escrita no MBR.

IR- registrador de instrução. Contém o código de operação (8 bits) que está sendo executado.

IBR – registrador temporário de instrução, utilizado para armazenar temporariamente a instrução contida na parte direta de uma palavra de memória.

PC – contador de programa, contém o endereço de memória do próximo par de instruções a serem buscados na memória.

AC – acumulador e MQ- quociente de multiplicação utilizados para armazenar temporariamente os operandos e o resultado das operações efetuadas na ULA.

Arquitetura de Harvard

A Arquitetura de Harvard baseia-se em um conceito mais recente que a de Von-Neumann, tendo vindo da necessidade de por o microcontrolador para trabalhar mais rápido. É uma arquitetura de computador que se distingue das outras por possuir duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e ligação ao processador. Baseia-se na separação de barramentos de dados das memórias onde estão as instruções de programa e das memórias de dados, permitindo que um processador possa acessar as duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor do que a da Arquitetura de von Neumann, pois pode buscar uma nova instrução enquanto executa outra. A principal vantagem desta arquitectura é dada pela dupla ligação às memórias de dados e programa (código), permitindo assim que o processador leia uma instrução ao mesmo tempo que faz um acesso à memória de dados.