Arquitetura de computadores
Conceitos Básicos
Em ciência da computação, arquitetura de computadores é o design conceitual e estrutura operacional fundamental de um sistema de computador. É um desenho e descrição funcional dos requisitos e implementações de design para as várias partes de um computador, concentrando-se principalmente na maneira em que a Unidade Central de Processamento (CPU) trabalha internamente e acessa os endereço na memória.
Os computadores atuais são baseados no conceito introduzido por John von Neumann, a arquitetura de von Neumann. A arquitetura de Von Neumann é uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de uma máquina armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular tais programas.
O ciclo de instruções de um programa é dividido nos estados: Cálculo do endereço de instrução; Busca da instrução (instruction fetch); Decodificação da instrução; Cálculo do endereço do operando; Busca do operando (operand fetch); Execução da instrução e Armazenamento do resultado. Nos computadores modernos é presente o conceito de interrupção de instrução para diminuir o tempo ocioso do processador, assim o ciclo de execução das instruções ganham alguns estados adicionais. Os tipos de interrupções mais comuns são interrupções de software, de clock e de Entrada/Saída e de falha de hardware.
A máquina proposta por Von Neumann reúne os seguintes componentes:
- Memória Principal
- Unidade Lógica e Aritmética
- Unidade de controle
- Equipamento de entrada e saída
Organização de computadores
Conceitos Básicos
Em ciência da computação, organização de computadores é a maneira que um conjunto de instruções (ISA - Instruction Set Architecture) é implementada em um processador. Um conjunto de instruções pode ser implementado com diferentes microarquiteturas. Implementações podem variar devido a diferentes objetivos de um certo design ou devido a mudanças na tecnologia.
Sendo assim, uma mesma arquitetura pode ser implementada por meio de diferentes organizações.
Para Tanenbaum (Organização Estruturada de computadores), organização é um modelo de abstração para facilitar o projeto e implementação de arquiteturas de computadores. Um computador é dividido em níveis ou camadas. Em cada nível, o computador pode ser programado utilizando a linguagem e os recursos daquele nível. Um nível pode ser visto como uma máquina virtual para execução de programas escritos no nível imediatamente superior. Como mostra a figura abaixo.
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