Organização de Computadores - Aula 04 - Programa armazenado e organizações

Introdução ao Conceito de Programa Armazenado

Visão Geral da Seção: Nesta seção, é abordado o conceito de programa armazenado em computadores, destacando a evolução desse conceito desde os primórdios da computação.

Evolução do Conceito de Programa Armazenado

• No início, programar um computador envolvia conectar fios e relês manualmente, como no ENIAC, o primeiro grande computador digital.

• O matemático John von Neumann contribuiu significativamente para a ideia de programa armazenado, propondo que programas fossem armazenados na memória junto com os dados.

Princípios Fundamentais do Modelo de Programação

• Quatro princípios essenciais foram estabelecidos: simplicidade na execução de operações básicas, linearidade e uniformidade na memória, sequencialidade e centralidade no processamento, e unicidade na utilização da memória para dados e programas.

• A centralidade do processador é crucial para executar instruções sequencialmente; a unidade de controle busca instruções na memória para operações.

Elementos-Chave dos Computadores Modernos

• Os elementos fundamentais incluem memória, dispositivos de entrada/saída e o processador dividido em unidade de controle e lógico-aritmética.

Introdução à Arquitetura de Computadores

Visão Geral da Seção: Nesta seção, são abordados os conceitos fundamentais relacionados à busca e execução de instruções em arquiteturas de computadores.

Três Estados Fundamentais na Execução de Instruções

• A unidade de controle do processador precisa acessar a memória para buscar a próxima instrução a ser executada.

• Após buscar a instrução, inicia-se o processo de decodificação para identificar os operandos e operações a serem realizadas.

• Os resultados das operações são armazenados no acumulador, caracterizando o modelo de Von Neumann.

• Esses estados contínuos permitem a execução sequencial do programa armazenado na memória.

Modelo de Von Neumann vs. Arquitetura Harvard

• O modelo de Von Neumann enfatiza um único barramento compartilhado para acesso à memória, podendo gerar gargalos.

• Em contraste, a Arquitetura Harvard possui duas memórias separadas (instrução e dados) com barramentos distintos, evitando possíveis gargalos no acesso à memória.

Evolução da Arquitetura nos Computadores Modernos

• Dispositivos embarcados e microcontroladores tendem a adotar a arquitetura Harvard, ideal para tarefas específicas sem grande dinamismo.

• Processadores modernos combinam elementos das arquiteturas Von Neumann e Harvard, buscando otimização no acesso à memória e desempenho geral.

Organização de Processadores

Visão Geral da Seção: Nesta seção, são discutidos diferentes modelos básicos de organização de processadores e como eles podem ser combinados de maneiras distintas para realizar operações lógicas e aritméticas.

Modelos Básicos de Organização

• A organização em pilha envolve a realização de operações utilizando elementos do topo da pilha, exigindo instruções específicas para trazer elementos da memória para a pilha.

• Na organização com acumulador, um dos elementos obrigatoriamente vem do registrador acumulador e outro diretamente da memória, armazenando o resultado no registrador acumulador.

• O modelo com acumulador requer trazer valores da memória para o acumulador, realizar operações e armazenar o resultado novamente na memória.

Flexibilidade e Eficiência das Organizações

• A organização "memória-memória" permite acessar operandos diretamente da memória, sendo flexível quanto ao número de operandos disponíveis, porém mais lenta que outras estruturas.

• A organização "registrador-registrador" é mais flexível na seleção dos operandos sem depender tanto do tempo de acesso à memória, resultando em maior eficiência nas operações.

Comparação entre Modelos

• A arquitetura "memória-memória" é eficiente em termos de número de instruções necessárias, enquanto a "registrador-registrador" demanda mais instruções para executar uma soma.