Curso Livre de Arquitetura de Computadores/Caderno 3: Visão de Alto Nível da Função e Interconexão do Computador

Componentes do Computador

Praticamente todos os projetos de computadores modernos são baseados em conceitos desenvolvidos por John Von Neumann. Esse projeto é conhecido como arquitetura de Von Neumann e é baseado em três conceitos principais:

• Dados e instruções são armazenados em uma única memória de leitura e escrita.
• O conteúdo dessa memória é endereçável por local, sem considerar o tipo de dados neles contido.
• A execução ocorre em um padrão sequencial de uma instrução para a seguinte.

O interpretador de instrução e o módulo para funções aritméticas e lógicas de uso geral. Esses dois elementos constituem a CPU. Vários outros componentes são necessários para resultar em um computador funcionando. Dados e instruções precisam ser colocados no sistema e para isso, precisamos de algum tipo de módulo de entrada. Esse módulo contém componentes básicos para aceitar dados e instruções em alguma forma e convertê-los para uma forma interna de sinais que possam ser usados pelo sistema. Também é necessário um meio de informar resultados, e este tem a forma de um módulo de saída. Juntos, estes são chamados de componentes de E/S. Mais um componente é necessário: um dispositivo de entrada que trará dados e instruções sequencialmente. Mas um programa não é invariavelmente executado de forma sequencial; ele pode saltar. De modo semelhante, as operações sobre dados podem exigir acesso a mais do que apenas um elemento de cada vez em uma sequência predeterminada. Assim, deverá haver um lugar para armazenar instruções e dados temporariamente. Esse módulo é chamado de memória, ou memória principal, para distingui-la do armazenamento externo, ou dispositivos periféricos. Von Neumann indicou que a mesma memória poderia ser usada para armazenar tanto instruções quanto dados.

Exemplo de Interação

A CPU troca dados com a memória. Para essa finalidade, ela normalmente utiliza dois registradores internos: um registrador de endereço de memória (MAR(Registrador de endereço de memória)), que especifica o endereço na memória para a próxima leitura ou escrita, e um registrador de buffer de memória (MBR(Registrador de buffer de memória)), que contém os dados a serem escritos na memória ou recebe os dados lidos da memória. De modo semelhante, um registrador de endereço de E/S (I/O AR(Registrador de endereço de entrada/saída)) especifica um dispositivo de E/S em particular. Um registrador de buffer de E/S (I/O BR(Registrador de buffer de entrada/saída)) é usado para a troca de dados entre um módulo de E/S e a CPU.

Função do Computador

A função básica realizada por um computador é a execução de um programa, que consiste em um conjunto de instruções armazenadas na memória. O processador faz o trabalho real executando instruções especificadas no programa.

Busca e execução de instruções

No início de cada ciclo de instrução, o processador busca uma instrução da memória. Em um processador típico, um registrador chamado contador de programa (PC) mantém o endereço da instrução a ser buscada em seguida. A menos que seja solicitado de outra maneira, o processador sempre incrementa o PC após cada busca de instrução, de modo que buscará a próxima instrução em sequência (ou seja, a instrução localizada no próximo endereço de memória mais alto). A instrução lida é carregada em um registrador no processador, conhecido como registrador de instrução (IR). A instrução contém bits que especificam a ação que o processador deve tomar. O processador interpreta a instrução e realiza a ação solicitada. Em geral, essas ações estão em uma destas quatro categorias:

• Processador-memória: os dados podem ser transferidos do processador para a memória ou da memória para o processador.
• Processador-E/S: os dados podem ser transferidos de ou para um dispositivo periférico, transferindo entre o processador e um módulo de E/S.
• Processamento de dados: o processador pode realizar alguma operação aritmética ou lógica sobre os dados.
• Controle: uma instrução pode especificar que a sequência de execução seja alterada.