Arquitetura de Computadores: Memórias, UCP e Barramentos

O que são memórias?

É um componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações que são (ou serão) manipuladas por esse sistema, para que elas possam ser prontamente recuperadas, quando necessário. As primeiras tecnologias utilizadas foram as memórias de núcleos magnéticos. As memórias modernas são compostas por circuitos semicondutores.

Registradores

O conceito de registrador surgiu da necessidade da UCP de armazenar temporariamente dados intermediários durante um processamento.

• Tempo de acesso: Possui o menor tempo de acesso de memória do sistema.
• Capacidade: Armazena um único dado, uma única instrução ou um único endereço (de 8 a 64 bits cada).
• Características: Muito cara e volátil.

Cache L1 e L2

• Cache L1: Memória cache interna, localizada dentro do processador.
• Cache L2: Memória cache externa. São caras, voláteis e possuem capacidade entre 64KB e 2MB (L2) ou 16KB ou mais (L1).

Memória Principal (MP)

A Memória Principal é a parte do computador onde programas e dados são armazenados para processamento. É volátil e de baixo custo. A memória precisa ter uma organização que permita ao computador guardar e recuperar informações. A escrita é a gravação da informação, e a leitura é a recuperação da informação armazenada. Quem controla a utilização da memória principal é o Sistema Operacional.

Célula e Endereçamento

A célula é a unidade de armazenamento do computador. A memória principal é organizada em células, sendo a menor unidade que pode ser endereçada (de 0 a N-1). Cada célula possui um número determinado de bits. O endereço é o localizador que permite identificar univocamente uma célula (N=2X e T=N x M).

Memórias Auxiliares

Resolvem problemas de armazenamento de grandes quantidades de informações e são mais baratas que a MP. Não são voláteis. Exemplos: discos rígidos (HD), drives de disquete, unidades de fita, CD-ROM, DVD e unidades ótico-magnéticas.

Operações de E/S e Escrita

A ligação entre MP e UCP é realizada através dos registradores REM e RDM. Na escrita, a Unidade de Controle (UC) envia para o REM o endereço da memória onde o dado será gravado e sinaliza a leitura/escrita no barramento de controle.

Memória RAM

Essencial para guardar dados e instruções de programas. É volátil.

• Dinâmica (DRAM): Baseada em capacitores, requer atualização periódica e possui acesso lento.
• Estática (SRAM): Baseada em transistores, não requer atualização, consome mais energia e é mais rápida.

Memória ROM

Contém instruções imutáveis e rotinas de inicialização. É não-volátil.

• EPROM: Pode ser programada pelo usuário.
• EEPROM: O conteúdo é apagado aplicando-se uma voltagem específica.

Unidade Central de Processamento (UCP)

A UCP (Central Processing Unit - CPU) é responsável pelo processamento e execução dos programas. Suas funções são executar instruções e controlar as operações do computador.

• ULA (Unidade Lógica e Aritmética): Executa operações matemáticas (soma, subtração, etc.) e lógicas (AND, OR, NOT, XOR).
• UC (Unidade de Controle): Busca, interpreta e controla a execução das instruções.

Registradores da UCP

• CI (Contador de Instruções): Armazena o endereço da próxima instrução.
• RI (Registrador de Instrução): Armazena a instrução a ser executada.
• ACC (Acumulador): Armazena dados e resultados das operações da ULA.

Barramentos

Conjunto de condutores elétricos que interligam os componentes do computador.

• Barramento de dados: Transferência de dados e instruções.
• Barramento de endereço: Seleciona a origem ou destino dos sinais.
• Barramento de controle: Sincroniza as atividades do sistema.

Comunicação e Transmissão

• Paralela: Grupos de bits transferidos simultaneamente (alta velocidade, curta distância).
• Serial: Bits transferidos um a um (mais barata, longa distância).
• Transmissão: Pode ser Síncrona (intervalo fixo) ou Assíncrona (start-stop).
• Modos: Simplex, Half-duplex e Full-duplex.

Tecnologias de Interface

• USB: Conexão de múltiplos periféricos.
• AGP: Aceleração de dados de vídeo.
• PCI: Barramento de E/S de alta velocidade.
• IrDA: Comunicação sem fios via infravermelho.

Conceitos Avançados

O Sistema Operacional adiciona funcionalidades ao nível ISA. A paginação cria a ilusão de uma memória principal grande através de endereços virtuais, enquanto o conjunto de trabalho refere-se às páginas usadas nas referências mais recentes à memória.