Arquitetura de Computadores: Von Neumann, Harvard e Multiprocessadores

Arquitetura de um Computador

A arquitetura de um computador engloba todos os componentes, suas funções e a comunicação entre as partes que lhes permitem trabalhar de forma conjunta e coordenada.

Arquitetura Von Neumann

Solução/Background: O programa é armazenado na memória juntamente com os dados. O computador lê da memória e interpreta como programa ou dados.

Constrangimentos: Ter um único barramento (ônibus) torna a resposta mais lenta, pois a memória não pode buscar uma nova instrução até a conclusão da transferência de dados da instrução anterior (Main). A arquitetura de Von Neumann limita a duração das instruções através do barramento de dados, o que exige que o microprocessador execute múltiplos acessos à memória para instruções complexas.

Limitação de Velocidade: O barramento único para dados e instruções impede o acesso simultâneo a ambos, o que impede a sobreposição de acessos (PIC).

Arquitetura Harvard

Esta arquitetura é utilizada em microcontroladores. A Unidade Central de Processamento (CPU) é ligada a duas memórias (uma para instruções e outra para dados) através de dois barramentos diferentes.

Ambos os barramentos são totalmente independentes, permitindo que a CPU acesse a memória de dados e a de instruções de forma independente e simultânea.

Os dados podem ter conteúdos, direções e comprimentos diferentes.

Vantagens desta arquitetura:

1. O tamanho das instruções não está relacionado com os dados, e, portanto, pode ser otimizado. Cada instrução ocupa uma posição única na memória do programa, permitindo maior velocidade e menor tempo de execução.
2. O tempo de acesso às instruções pode se sobrepor ao acesso aos dados, resultando em maior velocidade em qualquer operação.

Arquitetura Multiprocessador

Objetivo: Aumentar a capacidade de processamento dos computadores.

Solução: Utilizar múltiplos processadores para executar tarefas e processos. Um computador com mais de um processador é chamado de arquitetura multiprocessador.

Modos de Execução em Multiprocessadores:

• Standalone Mode: Cada microprocessador executa um programa diferente. Existe uma interligação simples entre os sistemas.
• Modo Paralelo: Vários microprocessadores ajudam a implementar um único programa do computador. O sistema compartilha seus componentes.

Componentes Básicos do Sistema

• Placa-Mãe (Motherboard): O circuito principal sobre o qual a CPU e os sistemas informáticos diretamente ligados a ela são construídos.
• CPU (Unidade Central de Processamento): É o microprocessador principal que controla a operação do sistema. O computador pode ter um ou mais.
• RAM (Random Access Memory): Armazena instruções e dados usados em um programa. É uma memória volátil.
• Hard Drive (Disco Rígido): Todos os dispositivos integrados no computador que permitem a salvaguarda de informações.
• Slots de Expansão: Conexões na placa-mãe que permitem a conexão/extensão do sistema. Também podem servir para conectar diferentes processadores.
• Entradas/Saídas (I/O): Conexões acessíveis ao exterior para conectar vários dispositivos diferentes.
• Fontes de Alimentação (Power Supplies): O dispositivo ou grupo deles dedicado a transformar a corrente da rede elétrica na corrente necessária para alimentar os vários dispositivos que formam o sistema.
• Sistema de Arrefecimento.
• Unidades de armazenamento removíveis.
• Teclado, mouse, monitor.
• Comunicações e periféricos: modems, placa de rede, impressoras.