[Música] [Música] lá vamos iniciar nossa primeira aula do curso técnico em automação industrial a disciplina será sistemas microprocessados eu sou professor daniel ferreira da ponte do instituto federal de ciência e tecnologia esta aula vamos tratar um pouco da história dos computadores arquitetura vulnerável microprocessadores e micro computadores elementos básicos de um microprocessador as instruções do processador busca né da qualificação e execução da instrução a representação da instrução linguagem de programação e arquitetura raiva de arquitetura cisc risc e computadores a é é um pouco da história dos computadores é é é remota a necessidade antiga da humanidade
em calcular em contar logo no início os primitivos já contava utilizando nossos dedos gravetos pedras e ao longo do tempo a tecnologia foi se apresentando e apresentando novas modalidades de realizar cálculos a tecnologia surge é com a criação do ábaco 12 máquinas que se utilizava para é fazer cálculos na antiga mesopotâmia essas máquinas foi evoluindo com o tempo é principalmente com o advento da mecânica com engrenagens surgindo máquinas mecânicas como a paz colina máquina de calcular the lines a máquina de baixo esta basicamente foram máquinas puramente mecânicas com o tempo surge o que chamamos hoje
a primeira geração do computador eles eram baseadas em válvulas e relés esse primeira geração é caracterizada pelo é marcada pelo computador eniac um computador que tinha operações realizar operações é ela quem desce mais e era baseado em válvulas e relés a segunda geração de computadores vem com o advento dos transistores em 1947 surge nos primeiros componentes discretos e isso motiva a criação e pequenas máquinas de calcular computadores que pudessem tá é respondendo a essa nova tecnologia bom os transistores é como componentes discretos tinham certa dificuldade é na na construção destes equipamentos porque além de serem
discretos eles atrasavam muito o sinal de transmissão da informação dificultava é criar um processamento mais rápido gerava aquecimento e outras características que é dificultavam o do o avanço das máquinas conta apenas os anos sistemas discretos os transistores embora isso muitas máquinas foram desenvolvidas nos ano né os transistores mar a primeira já na segunda geração de computadores a terceira geração é marcada com a era da microeletrônica e os circuitos integrados com isso foi possível é em um único chip né integrar um conjunto de funções de um processador né portas lógicas e contadores registradores passavam a poder
ser integrado em um único chip essa integração ela foi volátil e com o tempo houve um aumento dessa capacidade de inserir em um só chip mais e mais transistores essa capacidade o aumento de transistores combinou com o aumento ea melhoria do desempenho dos computadores que temos atualmente essa é caracterizada mãe a quarta geração dos computadores com o tempo os computadores evoluíram e hoje nós temos computadores cada vez mais capazes e com melhor desempenho de realizar o processamento de informação bom o desenvolvimento do computadores aconteceu basicamente graças ao avanço né da dos projetos com de arquitetura
dos computadores né com destaque a arquitetura de fonemas que propôs a idéia do programa armazenado ou nenhuma ele na sua arquitetura ele fazia uma proposta que o computador deveria ter uma memória principal que armazenar e dadas instruções e deveria também também tem uma unidade lógica aritmética capaz de operar sobre dados binários e também uma unidade de controle que interpreta as instruções na memória e faz que sejam executadas bem como também uma unidade 1 de entrada e saída operada pela unidade de controle a diferença básica do da arquitetura de vôlei hilma em relação à arquitetura anterior
do iac é principalmente porque o eniac um computador da geração anterior utilizava operações desse mais arquitetura de um vôo nenhuma tinha a proposta de usar de usar o sistema de numeração os binários a outra questão mais importante é a forma como o programa era armazenado o programa armazenado na quinta no computador em hark era baseado em conexões chaves e cabos neuma propôs que o programa armazenado deveria ser feito em uma memória e dessa forma a execução dele seria mais rápida com o tempo a evolução dos processadores 1901 a intel desenvolveu o seu 4004 o primeiro
chip a conter em si todos os compõem diante de um computador e nascia assim o microprocessador o microprocessador até então era um conjunto separado de partes que deveriam interagir no circuito não havia um chip único pra que desempenhassem a função do processador a partir de então com 404 possibilitou que é um melhor desempenho dos processadores e surgindo assim a ideia de que o processador seriam um circuito integrado digital e dentro desse processador que a gente chama de unidade central de processamento ou cpu deveria realizar operações lógicas e áreas médicas movimentação de dados da qualificação e
execução da instrução essas instruções e dados representados por zeros e uns e armazenados na memória essa é a idéia do processador ou microprocessador ou cpu uma unidade capaz de fazer todas essas operações de movimentação de dados bem um computador ele é feito de que de uma cpu memória e interface de entrada e saída então a união da cpu é interface entrada e saída e memória você tem um computador e ligado ao computador nós teremos quem os periféricos esférico com um mouse impressora teclado e outros dispositivos que podem ser conectados a um computador bom o computador
como eu falei ele deve ter uma memória principal um acp uma unidade central de processamento com uma interface de entrada e saída ligando todo esse sistema interligado por um sistema de barramento bem é dos elementos do computador a cpu ela é um elemento muito importante pois ela desempenhará as funções fundamentais do computador ea cpu internamente ela é formada por registradores uma unidade lógica a equipe médica em uma unidade de controle todo esses esses circuitos são interligados internamente por um lamento interno bom vamos falar da unidade controle a unidade de controle para que ela possa operar
ela depende de quem do registrador de instrução de um decodificador cujo sinal chega até a unidade de controle o as linhas de controle que saem da unidade de controle ele atinge a parte externa ao processador e e também a parte interna do processador na parte externa o processador ela é usada para realizar a troca de dados com a memória e módulos de entrada e saída a linha de controle internos ao processador tem responsabilidade mover os dados entre os registradores realizar operações na unidade logicamente médica e regula outras operações internas do processador bom a unidade de
controle ela precisa do decodificador de instrução o decote quadrado instrução circuito capaz de interpretar o conjunto de instruções do computador o circuito que gera sinais é gera sinais necessários para a execução da instrução toda a instrução ela precisa se de qualificada e essa de qualificação é essa informação é enviada como entrada para a unidade de controle ea unidade de controle por outro lado gera ensinar de controle que gerencia todo o funcionamento de uma cpu a unidade controle ela recebe informações de flashes flexão são informações provenientes da unidade logicamente médica recebe também os sinais de temporização
porque a unidade de controle ela precisa de ser temporizado ela acontece os eventos é a partir dos sinais de clock então a unidade controle ela tem uma unidade com entrada a unidade de temporização e um temporizador por outro lado também recebe um toque então é muito importante o clock do processador pois ele é que define a velocidade com que as instruções vão ser executados bem é como falei a unidade de controle é responsável pelo processamento das instruções da corte essa unidade gera temporização ensinar de controle para sincronizar a execução das instruções é a unidade lógica
que é outro elemento da cpu é o principal elemento de processamento do computador ela gerenciada pela unidade controle como nós vimos anteriormente se você olha a figura você vê em sinais é dos sinais de controle chegando a unidade logicamente médica a unidade lógica américa também recebe informações dos registradores internos da cbo e o resultado das operações são enviados para os registradores e também para os flashes pois os legos eles sinalizam os estados das operações realizadas internamente aula a unidade logicamente médico bom como eu falei os registradores é ele ele desempenha importante papel né e toda
a cpu contém um conjunto de resultados internos né onde é ele com é manipula todos os dados que serão processados dados endereços na memória são armazenados temporariamente nesses registradores para ser manipulados posteriormente existe registradores de propósito geral e usados pela unidade lógica de médica para fazer operações lógicas elite médica evidentemente e registrador de propósito específico como por exemplo um programa conta que o registrador que aponta para a memória o registrador de pilha que acessa posição na memória onde se gravar os dados na pilha bom interligando todas essas barbies nós temos o barramento o barramento faz
a ponte faz a ligação da cpu com a memória e com a unidade entrada e saída bem falando em memória temos que lembrar de barra de endereço a memória ela precisa de um endereço para ser acessada a memória barra de endereço é uma via de mão única em que o processador envia o código de endereço de uma memória ou um dispositivo de entrada e saída bom como eu disse o barramento endereço ele é usado para trafegar endereços e os endereços podem ser endereço de memória ou endereço de registradores porque os agitadores também são acessados por
meio de endereço bom como ele é esses endereços eles possam qualificados então existe um a memória do barramento direita existe uma uma faixa de endereçamento e no qual trafegam por esse barramento o tamanho da barra momento o tamanho do barramento especifica o número de vias do barramento por exemplo um barramento 16 bits possui 16 dias e pode acessar até 65.536 posições de memória bom como eu falei o barman teresa ele é muito importante para o acesso à memória e registradores o barramento de dados é também muito importante pois a memória precisa de disponibilizar para o
processador dados e esses dados devem trafegar pelo barramento de dados o endereço chega a memória pelo barramento de endereço e os dados chegam ao a a cpu pelo barramento de dados o barramento de dados é uma via de mão dupla ou seja é a memória pode enviar e receber dados né é que estão armazena que estão armazenados em nas nos endereços especificados no qual dados ou códigos instruções são transferidos para o processador ou resultado de cal de operações são transferidos para fora do processador ou seja o barramento de dados de tráfego de dados vindo da
memória processador e do próprio processador para a memória os primeiros barramento de dados eram barulhentos de 8-bit né pois e possam em oito dias bom o outro bairro e também muito importante é o barramento de controle o argumento contra o leão havia usado pelo processador para gerenciar suas operações do processador para ajudar nas operações no processador fora dele onde o barramento e controle realiza a comunicação com dispositivos externos insere estado de espera em dispositivos mais lenta bom o barramento controle é fundamental para casa operação de leitura e escrita sejam realizadas por ser um controle não
tem como a memória saber que a operação ela deve realizar a figura ao lado podemos identificar algumas memórias e os seus respectivos barramentos ea quantidade do número de bits que esses barramentos por por ano é excessivamente tráfego em cada barramento trafega 16 a 15 bits 8 bits né vai depender do tamanho do barramento é todo o processador para que ele funcione ele precisa de ter instruções pois as instruções são que são os códigos que são criados pelo fabricante do processador para possibilitar que o mesmo possa ser programado ou seja possa realizar o processamento de dados
operações lógicas aritméticas e assim cumprir a função a que se destina pois um processador deve realizar operações por exemplo a calculadora precisa realizar operações aritméticas de soma e subtração para isso ela tem de ter um conjunto de instruções que possa fazer realizar essas operações de leito de lógicas e áreas médicas bem o projeto de instrução de um processador né é muito importante num quando você pensa quando um dos envolvido pensa em construir um processador por exemplo é o que deve ter no projeto do conjunto de instruções deve ter todo o repertório de operações do processador
tem um conjunto de instruções e o que essas vão pensar com as operações irão executar então tem que ser previamente definido o projeto único do conjunto de instruções também prevê os tipos de dados que irão trafegar por esse processador né se são números endereço os caracteres das lógicos nem todos esses essas informações têm que estar bem claro o formato das instruções às instruções pode ter 16 32 e 64 bits bom além do número de bits as partes cada instituição pode vai ter uma parte dela vai ser o picou de outra parte delas será a origem
eo destino dos operando e outras informações que também devem ter instrução então o formato da instrução é muito importante outro aspecto importante no projeto conjunto são os registradores número de registradores que pode ser acessado pelas instruções e uso e como será o uso dos registradores e por fim o endereçamento que o mecanismo de acesso à operando da memória e registrador existe vários modos de endereçamento imediato em directo e registradores e fazem parte do projeto do conjunto de instruções bom que tipo de operações o processo a dois é curto bom basicamente são seis operações transferência de
dados com instruções movie história load operações aritméticas a de subir a operações lógicas and how not comparação operação de transferência de dados de ampla returno operação de entrada e saída input alto bud e conversão operação de manipulação de bits bom as instituições precisam ser armazenadas na memória para que elas possam ser executados mas após o armazenamento do programa na memória ele precisa de passar pelo um ciclo de busca que decodificação e execução da instrução esses três partes eles afetam muito o desempenho do processador e por isso devem ser bem entendido pois é temos inicialmente o
ciclo de busca onde a instrução é transferida da memória para o registrador de instrução a decodificação de instrução no registrador é decodificada ea instrução e ea execução que é quando a instrução cumprir sua função a qual foi projetado [Música] é seria o terceiro passo do processo em busca da qualificação em execução bom no sentido de otimizar esse processo houve o desenvolvimento da tecnologia chamada de pac on line o bailarino mg veio com uma forma de tentar fazer com que o processador conseguir executar o máximo umas destruições e um menor tempo possível a idéia do plano
é a seguinte inicialmente você faz uma busca da instrução no segundo posto de um primeiro curso de clock essa imagem à esquerda você tem busca depois o processador faz a decodificação ao mesmo tempo que ele faça a decodificação de instrução ele faz a busca de uma outra instrução e no terceiro passo ele executa a primeira instrução decodifica a instrução que foi é buscada na nano passo 2 e busca uma nova instrução com isso ele torna o processamento mais rápido na figura à direita você tem é um conjunto de instruções né a de subir o and
end ó e elas precisam de ser executadas então se você acompanhar o passo e primeiro a mais à esquerda você tem um bebê a instrução b é buscada depois ela executa ela é decodificada e não início em uma posição ela é executada bom possa realmente tem a subir quando a dea está sendo executada o decodificada a subir está sendo buscada quando add está sendo executada a subir está sendo modificada e posteriormente ela é executada se você observar é esses quadrinhos e vermelho onde tem escrito e você vê que de um quadro pra outro e s
apenas de um pulso de kopra execução de cada uma dessas instruções com isso você consegue otimizar o sistema é bom as instruções para ser armazenadas no computador elas precisam de ser armazenadas no formato digital e zeros e uns esse formato a gente chama de linguagem de máquina onde as inscrições serão armazenadas na memória bom a programação em linguagem máquina é uma programação que se torna muito difícil programador e gasta muito tempo então para resolver o problema os desenvolvedores da área de arquitetura de computadores propuseram que houvesse uma linguagem de montagem chamada linguagem acm que pudesse
facilitar a o processo de desenvolvimento dos programas que seriam armazenados nas memórias bom e se essa linguagem montagem né os instituições mnemônicos em inglês onde esses memorandos é precisam de ser convertidos em uma linguagem de máquina bom então ele passa por um programa chamado montador la sempre que é capaz de pegar uma instrução em linguagem a série e converter essa instrução em linguagem marketing então isso é a instrução linguagem há sempre ela facilita a programação porém assim mesmo assim a a linguagem a sempre ainda é considerada uma linguagem de baixo nível pois ela está muito
próximo da linguagem de máquina e é uma linguagem que é que facilita do ponto de vista de programação é de tempo de execução do processador se você verificar os níveis de linguagem linguagens de alto nível tem linguagem de baixo nível você vê que a linguagem assembléia imagem de marca na sua linguagem de baixo nível a onde é possui todas as características que eu falei anteriormente por outro lado existe a linguagem de alto nível é um código para mais próximo da linguagem humana e que tem maior portabilidade néné nas máquinas com processadores né bom acontece que
uma linguagem de alto nível ela precisa ser codificado em linguagem máquina ela precisa ser armazenado na memória então pra isso ela tem que se dispor de um compilador capaz de fazer todo esse processo de compilação é transformar essa linguagem de alto nível em uma linguagem imagina essa linguagem de máquina é armazenada na memória e que representa as instruções que o processador e irá executar bom um código fonte em c++ por exemplo é uma linguagem de alto nível que pode ser programada por diversos usado em diversos computadores compilador 11 computadores podem ser programados em c agora
esses compiladores comprar um computador dois precisa fazer a compilação desse código ser para que o seu processador possa entender né o que é que o programador que programou em código-fonte c++ quis que o computador realizar se á então a linguagem de alto nível no caso a linguagem c++ ela tem essa né essa é uma linguagem que pode ser é independente da máquina dá bom existe algumas vantagens da linguagem de alto nível pois ela é mais fácil de programar e ela como eu falei de corrigir os erros independente da máquina e também são instrução geralmente representadas
em inglês a programação em linguagem de baixo nível por outro lado ela requer menos memória ela é mais eficiente depende da máquina é evidentemente pois ela depende da do conhecimento das instruções ela geralmente é feito em pequenas aplicações e se o código geralmente é é as suas instruções são inglês também é bom nós falamos um pouco da revolução do computador nós temos a arquitetura round né além do pai pilar do que trouxe um aumento da velocidade de execução de um programa a arquitetura harvard é também possibilitou um ganho né quanto à a a execução né
instruções pois nessa arquitetura nós temos duas memória a memória de programa e uma memória de dados diferentemente da arquitetura de vôlei hilma em que o programa e os dados estavam à mesma mesa memória da arquitetura rádio o programa estará armazenado na memória e os dados em outra memória isso aumenta o desempenho da dos processadores e faz com que enquanto um a cbo está buscando a instrução na memória de programa ela também pode estar buscando dados na memória de dados sem que haja uma interferência nos barramentos isso é torna o computador processamento bem mais rápido outra
aspecto importante na arquitetura dos computadores é com a atual instruções o conjunto de instruções existe computadores que trabalham com um conjunto de instruções chamados esqui e outros que trabalham com um conjunto de instruções denominado risk o conjunto do cisc é representa aqueles computadores que trabalham com um conjunto complexo de instruções quer dizer uma grande quantidade instruções né essa é uma linha de processadores capaz de executar centenas de construções complexas diferente diferente sendo assim extremamente versáteis né por exemplo temos 28 64 86 e todos os processadores da intel que vieram na seqüência o que levou a
esse computadores se tornarem com um conjunto tão complexo de instruções foi justamente a evolução da arquitetura e da organização dos computadores ela combinou acabou contribuindo para aumentar a complexidade do processador pois mais instruções eram necessárias mais modos de nes amento e mais e registradores especializados é necessário para que os computadores fossem capazes de responder à demanda né do mercado bom esses computadores eles tinham como característica né sim é uma compilação dores mais simples e melhor desempenho porém a complexidade da arquitetura cisco favoreceu ao desenvolvimento dos processadores risca a via há pesquisas em universidades buscano uma
arquitetura de computadores capazes de realizar o mesmo o mesmo um programa ou mesma função que um computador cisc mas com o menor número de instrução então essa busca para a construção desse computador risk até por muito tempo esteve nos níveis universitário né de forma com que esse conjunto reduzido de instruções que era denominado risk que é doce de instrução serve computa deveria fazer parte né de uma linha de produção de processadores com um conjunto simples e pequenas decisões que levam aproximadamente a mesma quantidade de tempo para ser executado bom esse conjunto de instruções reduzidos essa
menor complexidade do decodificador de instrução e essa maior eficiência do plano era o som é o objetivo dos que acreditavam que o risco que poderia ser uma boa solução né para é aumentar o desempenho dos computadores bom para entender um pouco um comparativo entre esses riscos vamos focar a questão da década de 80 que perguntava qual é o melhor modelo domingo processador risc nessas o cisc bom um computador risk que produz um tem um conjunto reduzido instruções por exemplo pique risk possui de 33 a 35 instituições por outro lado um computador cisc que possui um
conjunto completo de instruções possui por exemplo 80 51 256 instruções bem uma quantidade bem superior mas qual é o quais são as conseqüências disso aqui há direito você vê que os computadores cisc precisam de ter um processo do bem mais complexa para poder executar esse conjunto de instruções pois o cisc possui um conjunto muito grande de instruções e isso torna o processador que o decodificador de instruções juntamente com o controlador da unidade de controle complexa por outro lado o compilador dos computadores skis eram mais simples né isso é evidentemente que favorecia a época em que
era difícil é é construir o ter disponibilizado é compiladores mais complexo mais pesados pois na época não tinham muita capacidade até então de de realizar o processamento que temos hoje na década de 80 por outro lado os computadores risk 1 à maior complexidade estava justamente um compilador pois o processador era bem mais simples pois o número de instruções reduzido favorecia o desenvolvimento de circuitos de qualificação e de controle mais simplificado e esta era a grande né questão da década de 80 qual seria a melhor do melhor computador será adotado contudo o computador x que continuava
nem em evidência a era mulher era era realmente a arquitetura da época bom com isso é uma empresa denominada korn ela lançou uma reportagem de um jornal é em que falava o seguinte a correm risco e tecnologia desde que você está familiarizado com a teoria que está um pouco de prática ou seja estava muito acostumado com as teorias cisc computadores com um conjunto complexo mas até então não tinha muitos processadores não tinha o processador desenvolvido no mercado para mostrar a prática ea possibilidade de ver as vantagens do risco então a empresa corre ela investiu nesse
projeto desenvolvimento de computadores risco a acorn ela foi fundada em 78 né acorn com filtros por herman e crises são os fundadores são inglesa e eles inicialmente a empresa trabalhava com o lançamento de computadores um deles foi o bbc micro que fez muito sucesso em 1981 um sucesso de vendas um computador muito útil que somente para jogos para o jovem não é é a mãe kris eles apostaram e acreditavam que os computadores riscos poderiam ser máquinas muito eficientes em 1983 a 1985 eles fundão acolhe risco machin né a corre continua o nome anterior e agora
eles estavam implementando as máquinas riscas no mercado em 85 surge a primeira versão comercial e 87 seja o primeiro processador risc para um pc de baixo custo o computador estavam dando certo as máquinas estavam funcionando até então que uma grande empresa do mercado de computadores a aeep resolve só é entrar em contato com a córnea a quer você pode ver que elas uma vez já era acordes machine as primeiras letras iniciais é a rm que já se chamava de arma bom a é desenvolver processadores risc mais ainda para os computadores que estavam projetando então a
epo busca a a akorri machine e propõe é uma parceria para desenvolver o processador para o computador deles né e aí bom eles acabam fazendo uma parceria e resolverem também mudar o nome da empresa então em 1990 a empresa muda de nome e passa se a diversa de risco na china continuam com as siglas arn só que em vez de chamar a córnea e passou a ser chamada advance de então a arm foi fundada em 1990 é com esse contexto de de fazer uma parceria nessa mesma época a arma ela deixa de trabalhar na construção
de computadores e praça pra vender né projeto de propriedade intelectual ela passa a vender a ideia dos computadores a a própria renda e arquitetura né é e oferecem né o desenvolvimento de propriedade intelectual né então elas começam a projetar computadores para o mundo digital e acreditavam nessa época que esses computadores seriam muito mais eficientes muito mais velozes muito mais é é que responderia muito melhor demanda da época bom há hoje é uma empresa muito conhecida a empresa muito grande fábrica amigo processadores e microcontroladores família de microprocessadores e microcontroladores baseado em risco na verdade ela não
só a briga ela apenas projeta ela vende a propriedade intelectual da empresa é uma empresa inglesa e hoje é existe em vários fabricantes que projetam que usam essa arquitetura arm em seus processadores é por exemplo aqui a direita tem até ea texas instruments né análogo levar sá a nxp a stm são empresas que é e outras né até a própria e do chip outras empresas que trabalham como processadores mil controladores de uma forma ou de outra em certos produtos elas utilizam é a arquitetura arm em seus processadores esses processadores ele possui código de alta densidade
né ele possuem é são com processadores mais baratos ele possui alto desempenho são pequenos próximo em grande quantidade de registradores para manipulação de dados isso melhora o desempenho dos processadores hoje um conjunto de instruções reduzida a minha área a maioria das instituições são executadas em um ciclo de coque possui instruções com o tamanho fixo instruções específicas para de sp no digital signal processo é a arm é hoje uma das arquiteturas mais utilizado para sistema embarcado sistemas é isso que estão presente em muitos equipamentos da indústria é e diversas áreas do mercado bom estamos finalizando essa
aula aqui tem um conjunto de referências que vocês podem estar consultando para melhor compreender esse conteúdo obrigado [Música]
