Arquitetura de Computadores
Como os componentes se comunicam e processam informações
Componentes Fundamentais
CPU (Unidade Central de Processamento)
- Unidade de Controle (UC): Busca instruções na memória, decodifica e coordena a execução [citation:5]. Possui registradores dedicados como PC (Program Counter) e IR (Instruction Register) [citation:9].
- ULA (Unidade Lógico-Aritmética): Executa operações matemáticas (adição, subtração) e lógicas (AND, OR, NOT) [citation:5].
- Registradores: Memória ultrarrápida dentro da CPU para dados e instruções em uso [citation:5].
- Clock: Sincroniza todas as operações do processador [citation:9].
Memória Principal
- RAM (Random Access Memory): Armazena instruções e dados em uso. Endereçável por byte [citation:5].
- Hierarquia de memória: Registradores, cache, RAM, armazenamento secundário (SSD/HDD) [citation:4][citation:9].
- Endereçamento: Cada posição de memória tem um endereço único [citation:6].
- Cache: Memória rápida entre CPU e RAM para acelerar acesso [citation:9].
Dispositivos de Entrada/Saída
- Unidades de entrada: Teclado, mouse, câmera, microfone [citation:5].
- Unidades de saída: Monitor, impressora, alto-falantes [citation:5].
- Armazenamento secundário: SSD, HDD, disco óptico (também são I/O) [citation:5][citation:9].
- Controladores de I/O: Interface entre periféricos e o barramento [citation:6].
Barramentos (Buses)
- Caminhos de comunicação que transferem dados, endereços e sinais de controle entre os componentes [citation:5][citation:6].
- Podem ser unidirecionais ou bidirecionais [citation:6].
- Largura do barramento (ex: 32, 64 bits) afeta o desempenho [citation:9].
Os Três Barramentos Principais
Barramento de Endereços
Transporta o endereço da posição de memória ou dispositivo que a CPU deseja acessar [citation:6]. A largura determina a capacidade máxima de memória (ex: 32 bits → 4 GB) [citation:5].
Barramento de Dados
Transporta os dados efetivamente lidos ou escritos entre CPU, memória e dispositivos [citation:6]. Pode transferir instruções ou operandos [citation:5].
Barramento de Controle
Transmite sinais de comando e sincronismo: leitura/escrita, requisições de interrupção, confirmações, clock [citation:6]. Coordena o fluxo de dados.
Registradores da CPU
Ciclo Fetch-Execute (Busca e Execução)
O processador executa instruções repetidamente em um ciclo [citation:5][citation:9]:
CPU coloca endereço do PC no barramento, lê instrução da memória e armazena no IR. PC é incrementado [citation:5].
Unidade de controle interpreta o opcode (código da operação) e identifica operandos [citation:5].
ULA realiza a operação (soma, AND, etc.) sobre os operandos [citation:5].
Resultado é escrito de volta em registrador ou memória [citation:5].
O ciclo se repete até o programa terminar [citation:9].
Arquiteturas: Von Neumann vs Harvard
Von Neumann
- Memória única para instruções e dados [citation:6].
- Barramento único – gargalo de Von Neumann [citation:6].
- Usada em computadores de propósito geral [citation:9].
- Mais simples e flexível.
Harvard
- Memórias separadas para instruções e dados [citation:6].
- Barramentos separados – acesso paralelo, mais rápido [citation:6].
- Usada em DSP e sistemas embarcados [citation:9].
- Mais segura (instruções imutáveis).
| Fator | Impacto no desempenho |
|---|---|
| Clock speed | Mais ciclos por segundo → mais instruções por segundo [citation:9] |
| Largura do barramento de dados | Mais bits transferidos por vez [citation:9] |
| Largura do barramento de endereços | Mais memória endereçável [citation:5][citation:9] |
| Cache | Reduz latência de acesso à memória [citation:9] |
| Múltiplos núcleos | Execução paralela de tarefas [citation:9] |
| Word length (tamanho da palavra) | Processamento mais eficiente de dados grandes [citation:9] |
Conceito fundamental: programa armazenado
As instruções do programa ficam armazenadas na memória principal (RAM) junto com os dados, e são buscadas e executadas serialmente pelo processador [citation:9]. Essa é a base do modelo de Von Neumann [citation:5].
