Fundamentos da Arquitetura de Computadores e Memória

Hierarquia de Memória e Armazenamento

A solução tradicional para armazenar grandes quantidades de dados é uma hierarquia de memória. No topo, estão os Registradores da CPU, que podem ser acessados à velocidade do processador. Em seguida, vem a Memória Cache, que atualmente está na faixa de 32 KB a alguns MB. A Memória Principal (RAM) vem logo após, hoje com tamanhos que vão de 16 MB para sistemas básicos até dezenas de gigabytes na extremidade mais alta.

Os dispositivos de armazenamento permanente incluem:

• Discos Magnéticos: Atuais dispositivos de armazenamento permanente.
• Fitas Magnéticas e Discos Óticos: Utilizados para armazenagem de arquivos.

Tipos de Memória RAM: SRAM e DRAM

Memórias Estáticas (SRAM)

As Memórias Estáticas (Static RAM - SRAM) utilizam circuitos similares ao flip-flop D básico. Uma das propriedades dessas memórias é que seu conteúdo é conservado enquanto houver fornecimento de energia. As SRAMs são muito rápidas (tempo de acesso típico de nanosegundos) e, por essa razão, são muito utilizadas como Memória Cache de Nível 2.

Memórias Dinâmicas (DRAM)

As RAMs Dinâmicas (Dynamic RAMs - DRAM), ao contrário, não usam flip-flops. Em vez disso, uma DRAM possui um arranjo de células, cada uma contendo um transistor e um pequeno capacitor. Os capacitores podem ser carregados ou descarregados, permitindo que 0s e 1s sejam armazenados. Como a carga elétrica tende a vazar, cada bit em uma DRAM deve ser "renovado" (restaurado/recarregado) a cada poucos milissegundos para evitar que todos os dados desapareçam.

Arquitetura de Máquinas Multiníveis

Computadores são projetados como uma série de níveis (ou camadas), cada um construído sobre seus antecessores. Cada nível apresenta uma abstração distinta, na qual estão presentes diferentes objetos e operações.

Memória ROM (Read-Only Memory)

As Memórias ROM (Read-Only Memories) são memórias de somente leitura, que não podem ser alteradas nem apagadas, intencionalmente ou não. Os dados de uma ROM são inseridos durante o processo de sua fabricação.

Componentes Essenciais da CPU

Unidade Lógica e Aritmética (ULA)

A ULA efetua operações aritméticas (adição, subtração e outras operações simples) e lógicas (AND, OR, Booleanas) sobre suas entradas, produzindo um resultado no registrador de saída.

Unidade de Controle (UC)

A UC é responsável por buscar instruções na Memória Principal e determinar o seu tipo.

Registradores

A CPU contém uma pequena memória de alta velocidade, composta por Registradores, usada para armazenar resultados temporários e informações de controle. Cada registrador possui um tamanho e função específicos.

Contador de Programa (PC)

O PC (Program Counter) é o registrador mais importante, pois indica a próxima instrução a ser buscada para execução.

Barramentos (Buses)

Barramentos são circuitos impressos na placa-mãe utilizados para interligar seus diferentes componentes. Eles também permitem o uso de placas de expansão em slots, como os de barramento PCI.

Microcontroladores

Microcontroladores são computadores pequenos, mas complexos. Cada microcontrolador tem um processador, memória e capacidade de Entrada/Saída (E/S). Na maioria dos casos, o software está incorporado no chip na forma de uma memória somente leitura (ROM) criada durante a fabricação do microcontrolador.

Os microcontroladores são classificados em dois tipos:

• Propósito Geral
• Propósito Específico