Arquitetura de computadores Livro

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ARQUITETURA DE COMPUTADORES
A Faculdade Multivix está presente de norte a sul do 
Estado do Espírito Santo, com unidades presenciais 
em Cachoeiro de Itapemirim, Cariacica, Castelo, 
Nova Venécia, São Mateus, Serra, Vila Velha e Vitória, 
e com a Educação a Distância presente 
em todo estado do Espírito Santo, e com 
polos distribuídos por todo o país. 
Desde 1999 atua no mercado capixaba, 
destacando-se pela oferta de cursos de 
graduação, técnico, pós-graduação e 
extensão, com qualidade nas quatro 
áreas do conhecimento: Agrárias, Exatas, 
Humanas e Saúde, sempre primando 
pela qualidade de seu ensino e pela 
formação de profissionais com consciência 
cidadã para o mercado de trabalho.
Atualmente, a Multivix está entre o seleto grupo de 
Instituições de Ensino Superior que 
possuem conceito de excelência junto ao 
Ministério da Educação (MEC). Das 2109 
instituições avaliadas no Brasil, apenas 
15% conquistaram notas 4 e 5, que são 
consideradas conceitos de excelência em 
ensino. Estes resultados acadêmicos 
colocam todas as unidades da Multivix 
entre as melhores do Estado do Espírito 
Santo e entre as 50 melhores do país.
 MISSÃO
Formar profissionais com consciência cidadã para o 
mercado de trabalho, com elevado padrão de quali-
dade, sempre mantendo a credibilidade, segurança 
e modernidade, visando à satisfação dos clientes e 
colaboradores.
 VISÃO
Ser uma Instituição de Ensino Superior reconhecida 
nacionalmente como referência em qualidade 
educacional.
R E I TO R
GRUPO
MULTIVIX
R E I
2
MULTIVIX EAD
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BIBLIOTECA MULTIVIX (Dados de publicação na fonte)
Professor Douglas Campos de Souza
Arquitetura de computadores / SOUZA, D.C. - Multivix, 2022
Catalogação: Biblioteca Central Multivix 
 2020 • Proibida a reprodução total ou parcial. Os infratores serão processados na forma da lei. 
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LISTA DE FIGURAS
 Sistema numérico 11
 Função E (AND): representação de circuito eletrônico com chaves 22
 Função E (AND): simbologia e tabela verdade 22
 Função OU (OR): representação DE circuito eletrônico com chaves 23
 Função OU (OR): simbologia e tabela verdade 23
 FUNÇÃO NÃO (NOT): Representação DE circuito eletrônico com chaves 24
 Função NÃO (NOT): simbologia e tabela verdade 24
 Estrutura genérica de um circuito sequencial 27
 Sistema-base de um computador 32
 Funções básicas de um sistema computacional 35
 Tipos de operações em um sistema computacional 36
 Modelo computacional de Von Neumann 38
 Modelo computacional de Harvard 39
 Características de algumas portas lógicas básicas 43
 Função OU EXCLUSIVA a partir de portas lógicas E (AND) e OU (OR) 44
 Circuito lógico formado por portas E / OU e sua função de saídas 45
 Estrutura de um computador 49
 Elementos de um processador (CPU) 51
 ULA – Modelo simplificado 52
 Barramentos do sistema 55
 Elementos de uma unidade de controle 57
 Modelo de uma Unidade de Controle de um processador 58
 Registrador de flags 62
 Tipos de barramentos de um sistema computacional 63
 Controladora de comunicação de dispositivos de entrada e saída (E/S) 66
 Ciclo de instrução em um processador 72
 Ciclo indireto de instrução 73
 Fluxo de dados na etapa de busca 81
 Tipos de transferência de dados de um barramento 82
 Transferência de dados: operação de leitura/escrita 83
 Transferência de dados em bloco 83
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 Hierarquia de memória 92
 Acesso e endereçamento de memória 94
 Estrutura interna de uma memória SRAM 98
 Memória cache em um sistema computacional 101
 Registrador de flags 106
 Processador com dois pipelines 111
 Processador com dois pipelines 112
 Formato de um banco de registradores 113
 Tipos de Arquiteturas de multiprocessadores 118
 Arquitetura do tipo SISD 119
 Arquitetura do tipo SIMD 119
 Arquitetura do tipo MISD 120
 Arquitetura do tipo MIMD 121
 Topologia de rede local do tipo estrela 123
 Tipos de estruturas baseadas na arquitetura MIMD 124
 Arquitetura UMA 125
 Arquitetura NUMA 126
LISTA DE QUADROS
 Tabela de conversão entre sistemas numéricos 16
 Tabela de conversão entre sistemas numéricos 17
 Formato das instruções de um processador 75
 Operação do pipeline em uma instrução 78
 Desvio condicional atuando na operação do pipeline em uma instrução 79
 Quadro 1 – Texto do recurso (atividade) 106
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1UNIDADE
SUMÁRIO
APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA 8
1. SISTEMAS NUMÉRICOS E A REPRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO 10
INTRODUÇÃO DA UNIDADE 10
1.1 SISTEMAS NUMÉRICOS 10
1.2 ELEMENTOS BÁSICOS DE UM COMPUTADOR 18
2. ARQUITETURA VERSUS ORGANIZAÇÃO 31
INTRODUÇÃO DA UNIDADE 31
2.1 O COMPUTADOR COMO UMA MÁQUINA SEQUENCIAL 31
2.2 ESTRUTURA DE UM COMPUTADOR 40
3. OS COMPONENTES BÁSICOS DE UM COMPUTADOR 48
INTRODUÇÃO DA UNIDADE 48
3.1 OS COMPONENTES BÁSICOS DE UM COMPUTADOR 48
3.2 MECANISMOS DE INTERRUPÇÃO E DE EXCEÇÃO 62
4. CICLOS DE INSTRUÇÃO DE UM PROCESSADOR 71
INTRODUÇÃO 71
4.1 OS SUBCICLOS DE BUSCA (FETCH) 71
4.2 INTERCONEXÕES E BARRAMENTOS 80
5. HIERARQUIA DE MEMÓRIA 91
INTRODUÇÃO 91
5.1 ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA 91
5.2 CLASSIFICAÇÃO DE MEMÓRIA 96
6. PARALELISMO, MICROCONTROLADORES E ARQUITETURAS PARALELAS
 110
INTRODUÇÃO DA UNIDADE 110
6.1 PROCESSADORES SUPERESCALARES E SUPERPIPELINE 110
6.2 MICROCONTROLADORES E MICROPROCESSADORES: QUAL A 
DIFERENÇA? 123
2UNIDADE
3UNIDADE
4UNIDADE
5UNIDADE
6UNIDADE
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ATENÇÃO 
PARA SABER
SAIBA MAIS
ONDE PESQUISAR
DICAS
LEITURA COMPLEMENTAR
GLOSSÁRIO
ATIVIDADES DE
APRENDIZAGEM
CURIOSIDADES
QUESTÕES
ÁUDIOSMÍDIAS
INTEGRADAS
ANOTAÇÕES
EXEMPLOS
CITAÇÕES
DOWNLOADS
ICONOGRAFIA
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APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA
A disciplina de Arquitetura de Computadores tem como objetivo o aprofun-
damento de estudos teóricos e práticos no assunto que diz respeito a esse ins-
trumento que transformou e transforma a sociedade nos últimos anos atra-
vés da evolução tecnológica. 
Você irá aprender sobre os conceitos básicos que envolvem um sistema com-
putacional, sistemas de numeração posicional, sistema decimal, binário e 
hexadecimal, tabelas de conversão, um breve histórico sobre a evolução dos 
computadores, compreender as funções e as operações básicas das portas 
lógicas. Também como construir a tabela verdade a partir das funções lógicas 
básicas, aprender sobre a simbologia e as expressões lógicas que represen-
tam essas funções, além de entender as definições e a importância dos circui-
tos combinacionais e sequenciais para a síntese de circuitos.
Abordaremos a diferença entre arquitetura e organização de computadores 
para entender as máquinas sequenciais e computacionais, os primeiros com-
putadores e a importância da álgebra booleana para a construção dos circui-
tos lógicos.
Você irá aprender sobre os componentes básicos de um computador e seu 
funcionamento, que será complementado na Unidade 4 com o assunto sobre 
como funciona um processador e seus componentes internos.
Apresentaremos o conceito de memórias de um computador, seus tipos, 
hierarquias e classificação e, por fim, na Unidade 6, você irá aprender sobre 
arquiteturas robustas usadas atualmente em sistemas computacionais mais 
avançados e de alto desempenho, como vistos em servidores, datacenters e 
computação em nuvem.
Enfim, esperamos que você possa usufruir do material da melhormaneira, 
que ele possa fomentar o desejo de conhecimentos de vocês e desejamos 
sucesso e bons estudos!
UNIDADE 1
OBJETIVO 
Ao final desta 
unidade, 
esperamos que 
possa:
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> Aprender sobre os 
principais sistemas 
numéricos (decimal, 
binário, hexadecimal) 
e realizar a conversão 
de base.
> Aprender os 
métodos para realizar 
a conversão de base.
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1. SISTEMAS NUMÉRICOS E A 
REPRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO
INTRODUÇÃO DA UNIDADE
Nesta unidade, você irá aprender sobre os conceitos básicos necessários 
para amadurecer seus conhecimentos dentro do assunto de arquitetura de 
computadores, com aplicações práticas sobre eletrônica digital, conteúdo 
introdutório na figura das portas lógicas, que são os elementos que deram 
origem aos componentes computacionais utilizados hoje, como processa-
dores e microprocessadores.
De início, será apresentado sobre os sistemas numéricos, posicional, sistema 
decimal e sobre o sistema binário, que é interpretado pelos computadores. A 
partir desses conceitos, irá aprender sobre os sistemas derivados do binário: 
octal e hexadecimal. Será abordado também dentro da unidade os métodos 
de conversão de base e você irá entender como pensa e funciona um compu-
tador e verá através de um breve histórico, como essa máquina excepcional 
evoluiu com o passar dos anos junto à evolução da eletrônica e da computa-
ção. Bons estudos!
1.1 SISTEMAS NUMÉRICOS
Por muitos anos, o homem tentou representar a contagem por meio de sím-
bolos, como os primeiros sistemas numéricos que se tem notícia, criados pe-
los sumérios e egípcios, datados por volta de 3500 a. C (antes de Cristo). Esses 
sistemas numéricos atribuíam símbolos aos números e, após a representação 
por símbolos, veio a representação por letras, usada, inicialmente, por povos 
como gregos e hebraicos, que, posteriormente, daria origem ao conhecido 
sistema de algarismos romanos. 
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SISTEMA NUMÉRICO
Fonte: Deduca (2022).
#pratodosverem: a imagem representa um quadro de cor escura, com numerais arábicos e 
romanos escritos em branco.
1.1.1 NOTAÇÃO POSICIONAL 
Em meados do século V d.C. (depois de Cristo), foi inventado na Índia o sistema 
de numeração decimal, um sistema posicional que tem esse nome por ter a 
base 10 como referência. Esse é o modelo de numeração usado atualmente, 
que também é conhecido como o modelo indo-arábico, pelo fato de ter sido 
criado na Índia e ter sido disseminado na Europa, principalmente pelo trabalho 
de um árabe conhecido por Al-Khwarizmi. No modelo indo-arábico, os núme-
ros são representados pelos algarismos 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, decorrentes do algo-
ritmo de Euclides, estudado na literatura da Teoria dos Números (MAIA, 2022).
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Sistema posicional é o sistema em que um mesmo 
número pode adotar valores diferentes, a depender 
da sua posição na representação numeral. No sistema 
decimal, cada posição, chamada de casa decimal, 
representa um determinado valor, chamados, por 
exemplo, de unidades, dezenas e centenas. Para saber 
mais, clique aqui.
O sistema de numeração decimal é considerado posicional pois a base da 
contagem é o número dez. Isso quer dizer que podemos realizar agrupamen-
tos de dez em dez. Os algarismos têm um determinado valor dependendo de 
onde eles estejam posicionados, obedecendo o que algumas literaturas cha-
mam de princípio posicional. O valor que o algarismo tem, no qual depen-
de da posição dele no numeral, é denominado de valor relativo, e seu valor 
próprio é denominado de valor absoluto. Cada grupo de dez unidades de 
uma determinada ordem é substituído por uma unidade da ordem superior, 
sendo esse processo considerado posicional, pois sua escrita é feita de forma 
sequencial e finita, tendo o seu valor dependendo da posição do algarismo 
nas representações numéricas.
Por exemplo: o número decimal 492, o valor posicional 
do algarismo 4 é igual a 400 unidades, o 9 representa 
90 unidades e o número 2 representa 2 unidades. Disso, 
podemos dizer que o número 492 = 400 + 90 + 2 = 4x 102 
+ 9x 101 + 2x 100. 
No nosso sistema de numeração, o valor do algarismo se obtém multiplican-
do esse determinado algarismo por uma potência de base
A representação acima é baseada em dois elementos: a base dez e o valor po-
sicional, onde dez unidades de uma ordem formam uma unidade da ordem 
superior. Por isso, o sistema de numeração decimal é formado pela classe das 
centenas, dezenas e unidades.
https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/sistema-numeracao.htm
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1.1.2 BASES DE SISTEMAS DE NUMERAÇÃO
Segundo Moraes (2020), outros sistemas de numeração computacional conhe-
cidos são o sistema octal e o sistema hexadecimal. No entanto, na prática, 
podemos considerá-los como representações especiais do sistema binário, já 
que suas bases são potências de 2 (8 = 23, e 16 = 24), respectivamente. O sistema 
hexadecimal é o sistema mais utilizado nos computadores, pois representam 
os números binários de uma forma mais compacta e são usados, por exem-
plo, para representar os endereços MAC dos computadores, conhecidos como 
endereços físicos, e representar também sistemas digitais e circuitos lógicos. 
Nas operações matemáticas em sistemas computacionais temos:
Sistema decimal 
é o mais utilizado e é representado pelos dez dígitos de 0 a 9.
Sistema binário 
é representado pelos dígitos 0 e 1.
Sistema octal 
é representado pelos dígitos 0,1,2,3,4,5,6,7 
Sistema hexadecimal
é representado pelos dígitos alfanuméricos 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, A, B, C, D, F. 
A quantidade de dígitos disponíveis em um sistema de numeração é denomi-
nada de base (ou raiz) onde, no caso do sistema binário, por ser representado 
por dois dígitos, leva essa denominação.
A denominação de cada dígito em um sistema binário é conhecida como bit, 
sigla do inglês binary digit, e o conjunto de oito bits é denominado de byte. Já 
o sistema hexadecimal é conhecido como alfanumérico devido a sua repre-
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sentação ser feita por letras e algarismos, conforme descrito acima, onde os 
valores decimais 10,11,12,13,14 e 15 são representados nesse sistema de nume-
ração pelas letras A, B, C, D, E F, respectivamente. 
Por existir sistemas numéricos distintos e para diversas aplicações, existe tam-
bém a necessidade de conversão entre esses sistemas, para que possamos 
encontrar os valores equivalentes entre eles. Esse conceito é conhecido com 
conversão numérica. Com a conversão numérica, basicamente podemos fa-
zer a conversão de qualquer valor decimal em binário, octal ou hexadecimal 
ou, para ser mais específico, podemos fazer a conversão de um número de 
uma base em outra.
1.1.3 MÉTODOS DE CONVERSÃO DE BASE
A conversão de um número qualquer para a base decimal é feita através de 
um desenvolvimento polinomial, que consiste no somatório de cada algaris-
mo multiplicado pela base elevado ao índice, de acordo com a posição do 
algarismo no número. Como exemplo, vamos mostrar como converter o nú-
mero binário 1100 para a base decimal, seguindo a orientação acima sobre a 
representação polinomial.
O número binário 1100 = 1x 23 + 1x 22 + 0x 21 + 0x 20, onde cada bit é multiplicado 
pela base 2 elevado ao índica da sua posição. 20 = 1, que representa a casa da 
unidade 21 = 2, que representa a casa da dezena, e assim sucessivamente.Vol-
tando a representação polinomial acima, basta realizar os cálculos para obter 
o valor equivalente na base decimal: 
1x 23 + 1x 22 + 0x 21 + 0x 20 = 8 + 4 + 0 + 0 = 12
Assim, o número binário 1100 (que pode ser representado pela forma ) é equi-
valente ao número 12 na base decimal. Para fazermos a conversão inversa, 
quer dizer, encontrar o correspondente de um valor decimal em binário, ao 
invés de multiplicar, você precisa dividir o número decimal por 2 até o quo-
ciente máximo e separar os restos. Veja o exemplo abaixo de como é feita a 
conversão do número 4010(representação decimal do número) em binário:
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 40 / 2
Resto 0 20 / 2
Resto 0 10 / 2
Resto 0 5 / 2
Resto 1 2 / 2
Resto 0 1 
O valor do quociente dessa última operação, após sucessivas divisões pela 
base que pretende ser convertida, será o algarismo mais significativo do nú-
mero binário. Isso significa que ele ficará mais à esquerda do valor, e será se-
guido pela sequência de baixo para cima dos restos obtidos das divisões an-
teriores, até o valor encontrado no primeiro resto, no caso acima da divisão do 
número 40 por 2, obtendo quociente 20 e resto 0. Assim, partindo do valor 
do quociente da última operação de divisão até o valor do primeiro resto, en-
contraremos o número representado por 101000, que será a representação 
binária do número decimal 40.
A conversão de octal para decimal também é simples e sofrerá o processo de 
sucessivas divisões, agora com a base 8, até o quociente seja 0. Vamos fazer a 
conversão do número octal 508 (forma de representação de um número oc-
tal) em decimal. Veja a seguir:
50 = 5x 81 + 0x 80 = 40 + 0 = 4010
Para converter um número decimal para hexadecimal, basta dividir esse nú-
mero por 16 até o quociente máximo da operação, como no exemplo abaixo, 
para transformar 5010 em hexadecimal: 
50 / 16
Resto 2 3
Assim, o valor do quociente é o máximo valor e será o algarismo mais signifi-
cativo seguido do resto obtido. Assim, 5010 = 3216 e, para transformar o valor he-
xadecimal em binário, basta converter cada algarismo individualmente para o 
binário, representando cada algarismo com 4 bits. Assim, 3216 em binário seria:
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• transforme o número 3 em binário, representando-o por 4 bits: 
3 / 2
Resto 1 1
Agora o valor do quociente é o máximo valor e será o algarismo mais signifi-
cativo seguido do resto obtido. Assim, 32 = 0011 
• transforme o número 2 em binário, representando-o por 4 bits:
2 / 2
Resto 0 1
Assim, temos o valor do quociente, que é o valor máximo e será o algarismo 
mais significativo seguido do resto obtido. Assim, 210 = 0010. Então, para obter 
3216 em binário basta você juntar os valores obtidos de forma individual que 
ficará 001100102.
Agora que aprendemos a fazer as conversões entre bases numéricas diferen-
tes através da matemática, iremos apresentar uma forma direta de fazer essas 
conversões a partir de uma tabela padronizada, conforme tabela a seguir: 
TABELA DE CONVERSÃO ENTRE SISTEMAS NUMÉRICOS
27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
A tabela anterior é montada colocando na primeira linha os algarismos na 
base 2 na quantidade que você quiser, e na segunda linha você coloca o valor 
decimal correspondente ao cálculo do valor da primeira linha, como: 20 = 1, 21 
=2, 22 =4. Por exemplo: se um computador precisar converter o valor 22010 em 
binário (base 2), ele analisará quais os valores da Tabela 1 ele precisará somar 
para obter, no total, o valor 220. Nesse caso, ele irá somar os valores 128 + 64 + 
16 + 8 + 4. Então, ele irá colocar o valor “1” embaixo de cada valor decimal que 
irá somar. Nas posições dos valores que não serão somados, ele colocará “0”, 
conforme tabela a seguir:
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TABELA DE CONVERSÃO ENTRE SISTEMAS NUMÉRICOS
27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1
1 1 0 1 1 1 0 0
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
Então, o valor 20010 em binário é igual a 1 1 0 1 1 1 0 0. Se você for converter esse 
valor para hexadecimal, basta pegar o valor binário e agrupar, da direita para 
a esquerda, em grupos de 4 bits.
1 1 0 1 1 1 0 0
Fazendo a conversão dos grupos um de cada vez, terá o valor hexadecimal 
igual a DC12. Para chegar a esse valor, basta colocar os dígitos binários de cada 
grupo na Tabela 2 e verá que a sequência 1 1 0 1 dará um total igual a 13, mas 
13 em hexadecimal é igual à letra D. Mesma coisa para a sequência 1 1 0 0, que 
dará um valor 12, mas 12 em hexadecimal é representado pela letra C.
Para finalizar, se quiser converter o valor binário 1 1 0 1 1 1 0 0 para octal, precisa 
separar os dígitos binários em grupos de 3, ficando na disposição a seguir:
1 1 0 1 1 1 0 0
Assim, basta substituir os valores na Tabela 2 cada grupo por vez, no sentido 
da direita para a esquerda da tabela, e terá o valor em octal, obtendo:
112= 310
0112 = 310
1002 = 410 
O valor será de 3348.
Com essa tabela, será possível fazer qualquer conversão que você precisar, 
bastando apenas aumentar o número de bits na linha da tabela referente aos 
valores exponenciais.
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Foi com base nesses conceitos de representação 
numérica combinados com letras, formando 
representações alfanuméricas, que a indústria de 
computadores criou um padrão binário de codificação 
de caracteres para a troca de informações entre 
sistemas computacionais. 
1.2 ELEMENTOS BÁSICOS DE UM COMPUTADOR
Um computador é um dispositivo que tem a capacidade de executar instruções 
pré-definidas pelo homem a fim de obter algum resultado, onde essa sequên-
cia de instruções é conhecida como algoritmo. Podemos ter vários algoritmos 
que, no conjunto, constituem o que conhecemos como software. O software é 
a parte lógica de um computador enquanto o hardware é a parte física.
1.2.1 CONCEITO DE PORTAS LÓGICAS
Segundo Paixão (2014), os computadores podem ser classificados em analó-
gicos e digitais, onde os computadores analógicos, os primeiros computado-
res surgidos no período conhecido como Geração Zero, realizam suas tare-
fas baseados em quantidades, onde representam o funcionamento de um 
sistema real através de grandezas físicas. Já um computador digital, utiliza-
do hoje em dia, resolve problemas através de operações utilizando cálculos e 
possuem pouca intervenção humana na realização das instruções. Com isso, 
os computadores digitais foram muito importantes no progresso e evolução 
dos sistemas de computadores.
Em um breve histórico, com o surgimento dos computadores, foi possível 
classificá-los em gerações, de acordo com as tecnologias utilizadas. 
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Geração Zero: foi o período do surgimento 
dos computadores analógicos, formados por 
componentes mecânicos e eletromecânicos, 
como a Máquina de Babbage (1791 – 1871), conforme 
figura a seguir, criada por Charles Babbage para 
corrigir erros em cálculos manuais.
Máquina de Babbage (1791 – 1871)
Fonte: WikiMediaCommons (2022).
#pratodosverem: foto da máquina de Babbage entre os anos de 1791 a 1871.
Primeira Geração: iniciou-se no período da 
Segunda Guerra Mundial, claramente com 
objetivos científico-militares, marca o início da 
computação moderna, com a substituição dos 
componentes mecânicos, característicos dos 
computadores analógicos, por, incialmente, 
relés e capacitores e, posteriormente, por 
válvulas. Essas mudanças permitiram o 
surgimento dos primeiros computadores 
digitais,como foi o caso dos computadores 
ENIAC e MARK I, criados na década de 
1940 e até hoje considerados os primeiros 
computadores eletrônicos. A Figura 2 mostra 
a figura do ENIAC em desenvolvimento no 
Ballistic Research Laboratory, localizado na 
Filadélfia, estado da Pensilvânia. 
Eniac
Fonte: WikiMediaCommons (2022).
#pratodosverem: uma foto preta e branca, de uma sala apresentando como era o computador 
ENIAC, que ocupava todo o espaço.
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ARQUITETURA DE COMPUTADORES
Segunda Geração: as válvulas foram 
substituídas pelos transistores, componentes 
eletrônicos desenvolvidos em 1948 pelos 
Laboratórios Bell Telephones, que viriam 
a ser o principal componente usado na 
construção dos novos computadores. Com 
os transistores, os computadores tiveram o 
seu tamanho reduzido de forma considerável 
e um obteve aumento na capacidade de 
armazenamento. 
Transistores
Fonte: Freepik (2022).
#pratodosverem: na foto, há vários transistores.
Terceira Geração: surgem os circuitos 
integrados, ou simplesmente CI, que tem a 
função de vários transistores encapsulados 
em formatos modulares e em miniaturas, 
denominados de chips. Por fim e finalizando o 
breve histórico, surgiu em meados da década 
de 1970 os microprocessadores, dando 
início a Quarta Geração dos computadores. 
Microprocessador
Fonte: Freepik (2022).
#pratodosverem: na foto, temos os circuitos de um microprocessador.
Quarta Geração: os microprocessadores 
representam a evolução dos circuitos 
integrados, agora munidos das evoluções 
tecnológicas como a miniaturização dos 
componentes eletrônicos e a integração 
em larga escala desses circuitos. Os 
microprocessadores passaram a concentrar 
em um único chip os componentes básicos 
de um computador, como a Unidade 
Central de Processamento, a memória e 
os dispositivos de entrada e saída. 
Macintosh 128K (1984 – 1985)
Fonte: WikiMediaCommons (2022).
#pratodosverem: na foto, temos um computador exemplo da Quarta Geração, desenvolvido 
na década de 80.
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Estamos vivendo a Quinta e Sexta gerações dos computadores, onde as 
principais características são a computação distribuída, computação em nu-
vem (Cloud Computing) e computação em rede.
Um computador é constituído de elementos eletrônicos como resistores, ca-
pacitores e transistores, onde os transistores são responsáveis por armazenar 
sinais binários e realizar operações lógicas com esses sinais. A integração des-
ses elementos eletrônicos forma circuitos denominados de circuitos digitais, 
que são construídos por elementos que manipulam sinais digitais, ou dígitos 
binários, denominados de portas lógicas.
Semicondutores são componentes eletrônicos 
que possuem condutividade elétrica intermediária 
entre materiais que são bons condutores elétricos 
e os materiais isolantes, que são materiais que não 
conduzem bem a eletricidade.
A arquitetura de um computador depende do seu 
projeto lógico, enquanto a sua implementação depende 
da tecnologia disponível.
Gerações de computadores.
1.2.2 IMPLEMENTAÇÃO DA TABELA VERDADE
As funções lógicas básicas de um sistema digital são:
• Função E (AND)
Essa função executa a multiplicação de dois ou mais operandos binários sim-
ples, no caso 0 e 1, permitindo como resultado após a avaliação que, se o pri-
meiro operando for igual a 1 e o segundo também for igual a 1, a resposta 
será 1; caso contrário, o resultado será sempre 0, conforme analogia feita nas 
ilustrações a seguir:
https://www.ime.usp.br/~macmulti/historico/histcomp1_12.html#:~:text=Os%20computadores%20de%20primeira%20gera%C3%A7%C3%A3o,de%20liga%C3%A7%C3%A3o%20por%20circuitos%20impressos
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FUNÇÃO E (AND): REPRESENTAÇÃO DE CIRCUITO ELETRÔNICO COM CHAVES
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: na ilustração, temos a demonstração do uso da função “E”, chave A e chave 
B aberto, até o sistema operando a lâmpada, com as situações possíveis: chave aberta = 0, 
chave fechada = 1, lâmpada apagada = 0, lâmpada acesa = 1.
FUNÇÃO E (AND): SIMBOLOGIA E TABELA VERDADE
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: na ilustração, temos a demonstração do uso da função “E” (AND), chave A 
e B até a saída do circuito S, e ao lado a tabela verdade com as possibilidades.
De acordo com a figura anterior, podemos ver que, em uma função E (AND), a 
saída S do circuito estará ativa (1), apenas e unicamente quando ambas as en-
tradas A e B estiverem ativas, ou seja, com sinal elétrico. A partir desse pensa-
mento é montada a tabela verdade dessa função. Se alguma entrada estiver 
em nível baixo 0, sem sinal elétrico, a saída permanecerá também em nível 
baixo. Podemos representar esse cenário na prática através de um circuito 
elétrico para acender uma lâmpada, conforme Figura 1, com duas chaves (in-
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terruptores) em série. A lâmpada só acenderá (1) se as duas chaves estiverem 
fechadas (1); se alguma chave estiver aberta, ou ambas (0), a lâmpada não irá 
acender (0).
• Função OU (OR)
Uma outra função lógica é a função OU (OR) que, ao contrário da função AND, 
só assume valor 0 quando todas as entradas estão sem nível lógico baixo (0), 
conforme figuras a seguir:
FUNÇÃO OU (OR): REPRESENTAÇÃO DE CIRCUITO ELETRÔNICO COM CHAVES
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: na ilustração, temos a demonstração do uso da função “OU”, chave A e 
chave B, até o sistema operando a lâmpada, com as situações possíveis: chave aberta = 0, 
chave fechada = 1, lâmpada apagada = 0, lâmpada acesa = 1.
FUNÇÃO OU (OR): SIMBOLOGIA E TABELA VERDADE
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: na ilustração, temos a demonstração do uso da função “OU” (OR), chave A 
e B até a saída do circuito S, e ao lado a tabela verdade com as possibilidades.
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Na analogia de um circuito elétrico representada na Figura 3, se qualquer chave 
estiver fechada (1) ou as duas chaves estiverem fechadas (1) ao mesmo tempo, a 
lâmpada irá acender (1). A lâmpada só não irá acender (0) se as duas chaves es-
tiverem abertas (0). Na tabela verdade de uma função OU, conforme ilustrado 
na Figura 4, só terá saída S zero (0), se as duas chaves tiverem abertas (0). 
• Função NÃO (NOT)
Essa função executa o complemento ou a negação de dois ou mais operan-
dos binários: se um operando estiver em 0, o resultado da função será seu 
complemento que, no caso, será 1; agora se o operando estiver em 1, o resulta-
do da função será 0, conforme a analogia de um circuito elétrico para acender 
uma lâmpada ilustrado nas figuras a seguir:
FUNÇÃO NÃO (NOT): REPRESENTAÇÃO DE CIRCUITO ELETRÔNICO COM CHAVES 
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: Na ilustração, temos a demonstração do uso da função “NÃO”. Ao lado 
esquerdo temos um circuito chave aberta, e do lado direito temos um circuito de chave 
fechada, com as situações possíveis: chave aberta = 0, chave fechada = 1, lâmpada apagada 
= 0, lâmpada acesa = 1.
FUNÇÃO NÃO (NOT): SIMBOLOGIA E TABELA VERDADE
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: na ilustração, temos a demonstração do uso da função “NÃO” (NOT), chave 
A até a saída do circuito S, e ao lado a tabela verdade com as possibilidades.
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Na Figura 5, quando a chave estiver aberta (0), a lâmpada irá acender (1), pois 
a corrente elétrica irá fluir pelos fios da fonte até a lâmpada.Agora, quando a 
chave estiver fechada, situação representada na Figura 6, a lâmpada não irá 
acender (0), pois ocorre no circuito uma situação chamada de curto-circuito 
que faz com que a corrente elétrica passe por essa chave fechada devido à 
baixa resistência. A Tabela verdade da função é apresentada a seguir:
Função NAND
A função NAND é formada pela função AND 
com a função NOT, ou seja, a saída de uma 
função AND é invertida.
Função NAND
Fonte: elaborada pelo autor (2022)
#pratodosverem: na ilustração, temos a demonstração do uso da função “NAND”, chave A e 
B com a saída até o circuito S.
Função NOU
A função NOU é formada pela função OU com a 
função NOT, ou seja, a saída de uma função OU 
é invertida.
Função NOU
Fonte: elaborada pelo autor (2022)
#pratodosverem: na ilustração, temos a demonstração do uso da função “NOU”, chave A e B 
com a saída até o circuito S.
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Função XOR (OU Exclusivo)
A função OU Exclusivo só oferece resultado 
1 na saída quando os operandos de entrada 
forem diferentes entre si. Caso contrário, se 
os operandos forem iguais, gera resultado 0.
Função XOR
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: na ilustração, temos a demonstração do uso da função “XOR”, chave A e B 
com a saída até circuito S.
1.2.3 SÍNTESE DE CIRCUITOS 
E EXPRESSÕES LÓGICAS
A síntese de circuitos é um conceito que abrange os circuitos digitais e os 
circuitos analógicos, tendo uma maior aplicação em sistemas digitais devi-
do aos avanços da eletrônica nos últimos anos e o uso de ferramentas mais 
eficientes. O uso da síntese de circuitos visa à otimização de expressões lógi-
cas e, consequentemente, a integração a partir de circuito básicos como os 
que implementam as funções E, OU e NÃO. Quaisquer portas lógicas podem 
ser construídas a partir de portas básicas dessas funções através de circuitos 
combinacionais e circuitos sequenciais.
Circuitos combinacionais são circuitos lógicos, cujas saídas dependem úni-
ca e exclusivamente da configuração das variáveis de entrada, em termos dos 
seus estados lógicos, ou seja, das variáveis que são falsas ou verdadeiras em 
determinado instante, independentemente do estado anterior das saídas, e 
não precisam de nenhum tipo de memória. Ao estabelecer relações entre as 
variáveis de um circuito e a equação lógica que a representa, existe a necessi-
dade de técnicas especiais que devem ser aplicadas, como Teorema de Mor-
gan ou Mapa de Karnaugh, para simplificar as equações e circuitos lógicos. 
A seguir, veja a lista que mostra as expressões lógicas que representam as 
funções lógicas básicas:
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Função E (AND):
possui expressão logica descrita como S = A.B, onde S é a saída e A, B 
são as entradas do circuito
Função OU (OR):
possui a seguinte equação representativa: S = A + B
Função NÃO (NOT):
é uma função inversora, que muda o valor lógico de acordo com a 
entrada; possui a equação S = A (lê-se A barrado)
Circuitos sequenciais são circuitos lógicos com memória, o que significa 
que são circuitos nos quais as saídas dependem não só das entradas atuais, 
mas também das entradas anteriores, pois, agora, as entradas e as saídas dos 
circuitos passam a ser conectadas. Com as memórias instaladas, os circuitos 
passam a ter uma aplicação extra, que é a capacidade de armazenar informa-
ções binárias. Na prática, um circuito combinacional tem aplicação mesmo 
sem nenhuma função de memória. A Figura 7 ilustra a estrutura de um cir-
cuito sequencial genérico:
ESTRUTURA GENÉRICA DE UM CIRCUITO SEQUENCIAL
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: na ilustração, temos uma estrutura genérica de um circuito sequencial, 
com as entradas externas, partes lógicas, elementos de memória, saídas combinacionais e 
saídas com memória.
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Percebe-se que temos uma maneira mais fácil de ver um circuito sequencial, 
onde os valores atuais da saída dependem do estado atual das entradas externas.
Segundo Delgado e Ribeiro (2017), a forma mais simples de implementar um 
circuito sequencial é através de um flip-flop que, entre outras propriedades, 
duas são comuns a todos os tipos:
• São dispositivos biestáveis, isso quer dizer que possuem dois estados estáveis 
e que permanecem nesse estado até que haja uma nova mudança solicitada.
• Possuem duas saídas com valores complementares uma da outra. 
Geralmente são identificadas como Q e Q.
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CONCLUSÃO
Nesta unidade, aprendemos sobre os conceitos básicos que envolvem um sis-
tema computacional, aprendemos sobre os sistemas de numeração binária, 
octal, hexadecimal, uso de tabelas de conversão e como se realiza a conversão 
matemática entre esses sistemas. Também compreendemos das funções bá-
sicas em um sistema computacional até os conceitos de microprocessadores, 
circuito combinacionais e sequenciais.
Entendemos como a evolução da eletrônica e da computação contribuiu 
para a base computacional, através de um breve históricos sobre a evolução 
a partir dos computadores analógicos, iniciando por computadores digitais a 
base de válvulas, relés e transistores, passando pelo surgimento dos chips, e 
chegando até os modelos digitais usados atualmente.
UNIDADE 2
OBJETIVO 
Ao final desta 
unidade, 
esperamos que 
possa:
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> Aprender a diferença 
entre arquitetura e 
organização de um 
computador e a evolução 
desde os computadores 
analógicos até os 
computadores atuais. 
> Aprender os conceitos e 
aplicações sobre as portas 
lógicas, circuitos lógicos e 
álgebra de Boole.
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2. ARQUITETURA VERSUS 
ORGANIZAÇÃO
INTRODUÇÃO DA UNIDADE
Na unidade de Arquitetura versus Organização de Computadores, você irá 
aprender sobre os conceitos básicos que envolvem um sistema computacio-
nal, compreender as funções e as operações básicas entre hardware e softwa-
re, o conceito sobre as instruções de computadores, a apresentação dos mo-
delos de arquiteturas computacionais desenvolvidos no decorrer dos anos, 
a lógica computacional envolvida com a eletrônica digital, as funções e uma 
visão geral sobre arquitetura de computadores.
O conteúdo apresentará como a evolução da eletrônica e da computação 
contribuiu para a base computacional alcançada nos dias atuais, a importân-
cia dos conceitos-base para o amadurecimento progressivo do conhecimen-
to e como essa evolução afeta os sistemas computacionais e de Telecomuni-
cações de maneira geral e prioritária.
2.1 O COMPUTADOR COMO UMA MÁQUINA 
SEQUENCIAL
Segundo Monteiro (2022) um computador é uma máquina capaz de coletar, 
manipular e fornecer os resultados da manipulação de informações para um 
ou mais objetivos. Com toda a evolução da eletrônica digital e dos materiais 
semicondutores, ocorrida nas últimas décadas, que afetaram diretamente a 
indústria da computação, seja com o surgimento dos microcomputadores, 
seja com a nanotecnologia, os computadores de hoje ainda são desenvolvi-
dos a partir do conceito inicial dos primeiros computadores.
2.1.1 ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO
O conceito inicial sobre computador como sendo uma máquina sequencial, 
parte da premissa de que um computador possui uma:
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• Unidade Central de Processamento (CPU): 
querecebe as informações a partir de dispositivos de entrada, processa 
por meio de uma aplicação (software).
• Software:
fica armazenada em uma memória e retorna os dados como 
resultados, enviando por meio de dispositivos de saída.
A seguir, veja como funciona o diagrama de blocos da Figura a seguir:
SISTEMA-BASE DE UM COMPUTADOR
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a ilustração representa um esquema do sistema-base de um computador, 
composto por: dispositivo de entrada, memória, unidade central de processamento e 
dispositivo de saída, com informações de entrada e dados de saída.
Conforme descrito na Figura anterior, a Unidade Central de processamento é 
a unidade que deve ser capaz de realizar as operações de leitura e escrita na 
memória e de executar instruções e operações lógicas matemáticas recebi-
das por meio do dispositivo de entrada.
Convido você a assistir ao vídeo intitulado “CPU ou 
Unidade Central de Processamento” para reforçar 
os conhecimentos teóricos. Clique aqui. 
https://www.youtube.com/watch?v=gc0tuwJz-7E
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Os dispositivos de entrada e saída (E/S) são dispositivos internos da arquitetu-
ra computacional que têm a função de transferência de dados entre a CPU e 
os demais dispositivos, por meio dos barramentos de comunicação de dados 
(PAIXÃO, 2014).
Outra definição primordial para os conceitos introdutórios é sobre a diferença 
entre hardware e software, em que hardware é o conjunto de todos os dispo-
sitivos eletrônicos que compreendem a própria CPU, a memória e os disposi-
tivos de entrada e saída. Já o software, ao contrário, é a parte lógica do sistema 
computacional, constituído pelos algoritmos (conjunto de instruções que são 
seguidas pela CPU), que resultam na representação dos programas de com-
putadores. Uma instrução realizada por software pode ser implementada via 
hardware e uma operação realizada por hardware pode, na prática, ser simu-
lada por software (PATTERSON, HENNESSY, 2017). As funções básicas de um 
sistema computacional e sua arquitetura são:
• Processamento de dados:
todo processamento é realizado pela unidade central de 
processamento do computador.
• Armazenamento de dados:
na prática, essa é função da memória do sistema que além de 
armazenar os dados também armazena o endereçamento onde 
os dados serão alocados de forma temporária para execução, se 
comunicando com a Unidade Central de Processamento através dos 
barramentos.
• Transferência de dados:
processo de troca de informações entre a unidade central de 
processamento e os dispositivos de entrada e saída (E/S) do sistema 
computacional. 
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• Controle de dados: 
função de responsabilidade da unidade central de processamento, 
mas especificamente da unidade de controle. A unidade de controle 
deve ser capaz de controlar as outras três funções citadas acima.
Arquitetura, por definição, é um conjunto de recursos observados e usados 
pelo desenvolvedor do sistema, como os registradores (tipo de memória), os 
dados manipulados pelas instruções (códigos, formato), a organização da me-
mória principal, os modos de endereçamento, entre outros (MAIA, 2013). Esse 
conceito lida com o layout, a estrutura dos computadores, os dispositivos de 
armazenamento e os dispositivos de redes. Já a organização está relacionada 
às unidades operacionais e suas interconexões que realizam as especifica-
ções da arquitetura. É como as partes de um sistema de computação irão se 
interligar e executar as ações para o funcionamento. 
Assista a videoaula para reforçar os conhecimentos 
teóricos sobre periféricos de entrada e saída (E/S) de 
dados. Clique aqui.
Para uma arquitetura, podem existir inúmeras organizações, em que cada or-
ganização oferece uma solução diferente em termos de desempenho, custo/
benefício, robustez tecnológica etc. Uma aplicação prática para esse exemplo 
é a evolução dos processadores, dispositivos que representam as CPU’s, no 
decorrer dos últimos anos.
A organização de um sistema computacional 
explica como um computador funciona, fornece 
estruturas entre as partes do sistema, lida com o 
projeto da eletrônica digital (conhecida também 
como programação de baixo nível) e o desempenho 
do sistema.
https://www.youtube.com/watch?v=xqIPFxfR9gc
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2.1.2 A MÁQUINA DE USO GERAL
Para que essas funções possam ser executadas, um computador precisa se-
guir um conjunto de instruções por meio de um programa computacional, ba-
seado em algoritmos, que terão seus dados armazenados em uma memória.
A linguagem que é interpretada pelo hardware é conhecida como lingua-
gem baixo nível, uma representação mais próxima dos sistemas binários e 
hexadecimais que norteiam os computadores. Cada avanço ou mudança na 
instrução representa, na prática, a alteração ou mudança de um endereço na 
memória, conforme mostrado na Figura a seguir:
FUNÇÕES BÁSICAS DE UM SISTEMA COMPUTACIONAL
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a ilustração representa um esquema das funções básicas de um sistema 
computacional, com informações de entrada e dados de saída, dispositivo de entrada, 
unidade central de processamento, dispositivo de saída, posição de memória 1 em uso e 
memória.
Conforme descrito na Figura anterior, o sistema de uma máquina de uso ge-
ral, recebe as informações por meio do dispositivo de entrada, a CPU realiza 
a instrução do código, armazena o resultado na posição de memória 1 e, por 
meio dos barramentos, transfere os dados do resultado do processo para o 
dispositivo de saída. Todas essas trocas de informações são controladas por 
uma unidade de controle localizada na unidade central de processamento 
(STALLINGS, 2010).
Um computador deve ter a capacidade de processar dados e esses, por outro 
lado, podem ser muito grandes em quantidade e volume, de vários tipos e 
de requisitos amplos para processamento. Por isso, é essencial que um com-
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putador possa ter a capacidade de armazenamento de dados temporários 
e permanentes para subsequente modificação e recuperação. Outra função 
básica é de ser capaz de realizar a transferência de dados, tanto internamente 
quanto para periféricos externos e, por final, ter a capacidade de controlar es-
sas funções. Dentro de um sistema de controle computacional, uma unidade 
central de processamento pode controlar quatro tipos de operações possí-
veis, conforme Figura a seguir:
TIPOS DE OPERAÇÕES EM UM SISTEMA COMPUTACIONAL
 
Fonte: adaptado de Stallings (2010, p. 9)
#pratodosverem: a imagem representa um esquema com os tipos de operações em um 
sistema computacional, com a indicação da operação 1, 2, 3 e 4, transferência, controle, 
processamento e memória.
A Figura anterior mostra as operações possíveis dentro de um sistema com-
putacional sob a responsabilidade da CPU. Vemos que, na Operação I, o com-
putador opera apenas com um dispositivo de transferência de dados; já na 
Operação II, temos uma clara operação de armazenamento de dados, em 
que os dados são transferidos diretamente do dispositivo para a memória; 
o Processo III e o Processo IV já envolvem processamento de dados, pois, na 
Operação III, ocorre armazenamento na memória e, na Operação IV, há trans-
ferência direta de dados entre a memória e o dispositivo.
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Hoje possuímos processadores com vários 
núcleos, que executam milhares de instruções 
por segundo, que podem implementar um 
sistema computacionalcom processamento 
descentralizado, que é o que ocorre hoje em dia 
em grandes Data Centers, com alto volume de 
processamento de dados (Big Data) e sistemas 
baseados em computação nas nuvens (Cloud 
Computer) (PATTERSON; HENNESSY, 2017).
2.1.3 MÁQUINA DE VON NEUMANN
Em resumo, um sistema computacional tem como objetivo processar infor-
mações recebidas e convertê-las em dados e entregar a um determinado dis-
positivo que esteja conectado ao sistema por meio dos periféricos de entrada 
e saída.
Quando esse processo é realizado a longa distância, 
quando esse dispositivo está remoto ao sistema 
computacional, dizemos que ocorre um processo 
conhecido como comunicação de dados (PAIXÃO, 
2014).
Baseado nos conceitos introdutórios de arquitetura e organização de compu-
tadores digitais, o modelo de computador proposto pelo matemático John 
Von Neumann, em 1946, ficou conhecido com IAS, nome herdado do Insti-
tuto de Estudos Avançados, e tinha a característica de possibilitar o compar-
tilhamento do armazenamento da memória entre os programas e os dados. 
Em outras palavras, o sistema computacional era composto por apenas uma 
memória principal. Como mostrado na Figura a seguir, o modelo proposto 
por Von Neumann consiste em uma memória principal compartilhada que 
armazena dados e instruções, uma Unidade Lógica Aritmética (ULA), uma 
unidade de controle e os dispositivos de entrada e saída.
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MODELO COMPUTACIONAL DE VON NEUMANN
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa um esquema com o modelo computacional de Von 
Neumann, com indicação da memória compartilhada, o endereçamento, os dados e as 
instruções, a unidade de controle, ULA e os dispositivos de entrada e saída.
De acordo com a Figura anterior, no modelo proposto por Von Neumann, a 
ULA (Unidade Lógica Aritmética) tem a função de controlar os dispositivos 
de entrada e saída e se comunicar com a unidade de controle, que, por sua 
vez, controla o endereçamento junto à memória principal compartilhada. A 
ULA também realiza o processamento das instruções e dos dados junto à 
memória principal. Esse modelo, como consequência, possui um gargalo no 
desempenho devido ao alto tráfego de informações entre a unidade de pro-
cessamento e a memória. Como uma possível solução para esse problema, 
obviamente, diminui-se o tráfego de informações, mantendo informações na 
CPU, e diminui-se o tamanho das informações digitais transferidas. 
Assista a videoaula para reforçar os conhecimentos 
sobre arquitetura de Von Neumann de forma 
simples e direta. Clique aqui.
Já o modelo de arquitetura de Harvard está baseado em um conceito mais 
atualizado, tendo em vista a necessidade de otimizar a CPU (Unidade Cen-
https://www.youtube.com/watch?v=tZ5W2LpdcEw
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tral de processamento). Diferentemente do modelo de Von Neumann, essa 
arquitetura possui duas memórias distintas e separadas, tanto em ligação de 
barramentos quanto na interligação com a CPU. Apresenta vantagens no de-
sempenho por ser possível a realização de buscas simultâneas de instruções 
e operações, mitigando conflitos internos por endereços de memórias, e por 
apresentar a separação entre os barramentos de dados das memórias, con-
forme Figura a seguir.
MODELO COMPUTACIONAL DE HARVARD
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa um esquema com o modelo computacional de 
Harvard, com as indicações de memória de instruções, memória de dados, instruções, 
endereçamento, dados, unidade de controle, ULA e dispositivos de entrada e de saída.
Conforme descrito na Figura anterior, neste modelo, proposto por Harvard, há 
duas memórias independentes para armazenamento das instruções e dos 
dados, ambos também com barramentos individuais e específicos, implican-
do o ganho de desempenho, tendo em vista que não haverá compartilha-
mento do meio de comunicação. Outra vantagem é o fato de a CPU executar 
instruções simultâneas, já que poderá buscar uma próxima enquanto execu-
ta uma determinada instrução na memória. Essa evolução na implantação de 
memórias separadas e barramentos independentes viriam a contribuir com 
o desenvolvimento de sistemas computacionais mais robustos e complexos.
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2.2 ESTRUTURA DE UM COMPUTADOR
Como aprendemos, os componentes básicos de uma arquitetura computa-
cional digital devem desempenhar as funções de processamento, controle, 
armazenamento e transferência. Para que isso aconteça na prática, fazem-se 
necessários apenas dois tipos de componentes: as portas lógicas e as célu-
las de memórias.
2.2.1 AS PORTAS LÓGICAS
A definição para portas lógicas é dada como um componente eletrônico que 
tem a capacidade de implementar uma função lógica (ou booleana), contro-
lando o fluxo de dados binários (digitais) nas suas entradas.
A função booleana (ou Álgebra de Boole) foi 
desenvolvida pelo filósofo e matemático francês 
George Boole e é baseada na lógica das variáveis 
binárias (0 e 1). Essa lógica foi a precursora dos 
sistemas computacionais digitais que conhecemos 
hoje (DELGADO; RIBEIRO, 2017).
Essas portas lógicas foram responsáveis pelo desenvolvimento das microar-
quiteturas que temos hoje em sistemas computacionais mais robustos, junto 
com o avanço tecnológico da microeletrônica. Microcontroladores, micropro-
cessadores, todos esses são dispositivos que compõem, na prática, microar-
quiteturas de sistemas computacionais.
Conforme já mencionado na unidade, computadores executam um progra-
ma em diferentes níveis de abstração, transformam descrições em códigos 
executáveis utilizando diversas linguagens e seguem os processos abaixo de 
compilação e interpretação para finalizarem a comunicação ou transferên-
cias de dados. A linguagem de máquina é responsável por realizar a compila-
ção das informações binárias geradas pelos circuitos eletrônicos, como trocas 
elétricas geradas no armazenamento de informações nas memórias, proces-
so de endereçamento e de instruções realizado pela unidade de controle e o 
envio e recebimento de dados trocados entre a unidade lógica aritméticas e 
os dispositivos de entrada e saída (E/S). Já o processo de interpretação é mais 
lento, linha por linha, que tem mais a função de controle, gerenciamento, do 
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que propriamente dito converter uma linguagem de máquina (baixo nível) 
em uma linguagem de alto nível, que será interpretada pelo programador ou 
usuário do sistema computacional.
A maneira mais prática de entendermos o funcionamento de qualquer siste-
ma, seja analógico e digital, é realizarmos experiências com ele. Na eletrônica, 
já existem as implementações físicas dos conceitos das portas lógicas, através 
de CI’s (circuitos integrados), ou implementados através dos componentes 
eletrônicos convencionais e básicos, como por exemplo resistores, capacito-
res, chaves, relés e indutores.
Assista a videoaula a seguir para reforçar os 
conhecimentos sobre circuitos integrados e suas 
aplicações práticas dentro da eletrônica digital. 
Clique aqui.
Hoje, existem também a figura dos programas simuladores de circuitos ana-
lógicos e digitais, programas esses que têm a função de reproduzir o compor-
tamento desses sistemas eletrônicos antes de serem encaminhados para o 
mercado.
Segundo Patterson e Hennessy (2022), portas lógicas deram origem aos cir-
cuitos lógicos que, em combinação com transistores e determinados semi-
condutores auxiliares, compõem a construção completa de um sistema di-
gital que, através de circuitos integrados, realizam funçõespara execução de 
alguma tarefa específica. Essas funções são as denominadas funções lógicas 
de circuitos digitais.
2.2.2 A FUNÇÃO BOOLEANA (OU ÁLGEBRA DE 
BOOLE)
A Álgebra de Boole foi publicada em 1854 pelo matemático e filósofo inglês 
George Boole (1815 – 1864) através da obra An Investigation of The Laws of 
Thought baseada em um sistema matemático de análise lógica.
Em 1938, a análise lógica desenvolvia há décadas por Boole foi utilizada pelo 
engenheiro americano Claude Elwood Shannon (1916 – 2001) para imple-
mentação de soluções em circuitos de telefonia a base de relés, que constituí-
https://www.youtube.com/watch?v=eueA6d7pPoE
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ram as primeiras centrais telefônicas analógicas, dando início posteriormente 
a era da eletrônica digital dentro do ramo tecnológico. É nesse ramo tecnoló-
gico da eletrônica onde as portas lógicas ficaram conhecidas por implemen-
tar pequenos grupos de circuitos básicos, descrito e publicado no trabalho de 
Shannon intitulado Symbol Analysis of Relay and Switching.
É justamente através do uso das portas lógicas 
que se pode implementar o que chamamos de “as 
expressões da Álgebra de Boole”, que representam 
a base dos projetos dos sistemas digitais, (MORAES, 
2020).
Essa técnica desenvolvida através da lógica da Álgebra de Boole foi muito uti-
lizada na análise e projeto de circuitos eletrônicos digitais pois, similar como 
se era usada na álgebra convencional, a mesma se utiliza de operações lógi-
cas e variáveis onde essas variáveis podem assumir os valores lógico de 0, para 
falso, e 1 para verdadeiro. Uma variável pode assumir um único valor, tendo na 
literatura as seguintes possíveis nomenclaturas para esses estados lógicos: 0 
ou 1, falso ou verdadeiro, aberto ou fechado, false ou true. Podemos identificar 
as operações lógicas básicas e suas devidas simbologias como:
• operação E (AND):
simbologia matemática: ●
• operação OU (OR):
simbologia matemática: +
• operação NOT:
simbologia matemática: , onde X é uma variável booleana. 
Os sinais em um circuito digital podem ser denominados ou representados 
por variáveis devido a sua alternância de valores no decorrer do tempo, mas 
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lembrando que só podem assumir um valor de cada vez. A porta NOT é co-
nhecida como a porta inversora devido a sua característica de inverter o valor 
de uma variável e possui a função S = vv(X ) como exemplo de representa-
ção, onde S é a saída e X é a entrada; já uma porta E (AND) de duas entradas, 
X e Y, é representado pela função de expressão de saída S = X .Y . A porta OU 
(OR) de duas entradas X e Y, é representada pela função de expressão S = X 
+ Y. A Figura a seguir mostra as principais características de algumas portas 
lógica, como sua função ou expressão matemática e a sua tabela verdade, já 
estudada dentro da unidade:
 CARACTERÍSTICAS DE ALGUMAS PORTAS LÓGICAS BÁSICAS
Fonte: adaptada de Delgado e Ribeiro (2022, p. 27).
#pratodosverem: a imagem representa a figura de uma tabela com as principais 
características das portas lógicas como tabela verdade, simbologia e expressão ou função 
matemática.
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2.2.3 CIRCUITOS LÓGICOS
Circuitos lógicos são componentes eletrônicos que, através do conceito das 
portas lógicas, trabalham com as operações binárias (0 e 1), para executar as 
operações booleanas a partir das portas lógicas básicas: E (AND), OU (OR) e 
NOT.
Assista a videoaula para reforçar os conhecimentos 
sobre o funcionamento da lógica booleana nos 
circuitos lógicos digitais. Clique aqui.
Segundo Moraes (2022), o Teorema de Morgan e o Mapa de Karnaugh são 
técnicas usadas para simplificação de álgebras booleanas e facilitam a criação 
de circuitos específicos, formados a partir das portas lógicas primárias. Um 
exemplo prático da obtenção de um circuito lógico é a criação de uma porta 
específica conhecida com OU EXCLUSIVA (ou XOR, abreviação do inglês) a 
partir de portas primárias E (AND) e OU (OR), conforme Figura a seguir:
FUNÇÃO OU EXCLUSIVA A PARTIR DE PORTAS LÓGICAS E (AND) E OU (OR)
Fonte: Elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa um esquema eletrônico de uma porta lógica OU 
EXCLUSIVA, composta por dois desenhos geométricos centrais representando duas portas 
E e outra figura geométrica mais à direita da figura, representando uma porta OU.
De acordo com a Figura anterior, o circuito lógico só terá nível alto (1) na saída 
S quando as duas entradas A e B divergirem entre seus valores lógicos. Essa 
lógica, que gera a porta XOR, é o princípio da criação de circuitos mais robus-
tos, como um somador de 2 bits, por exemplo. A tabela verdade conforme 
https://www.youtube.com/watch?v=aYVz0l3ZMWc
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figura anterior, é montada a partir dos valores lógicos em vermelho em cada 
etapa entre as portas lógicas primárias, exemplificando como o sinal é trata-
do passando por cada função.
Podemos a partir da lógica booleana de cada porta lógica, montar a expres-
são matemática do circuito da Função OU EXCLUSIVA a partir de portas lógi-
cas E (AND) e OU (OR), onde na saída de cada porta lógica, também existirá 
sua função, conforme ilustrado na figura a seguir:
CIRCUITO LÓGICO FORMADO POR PORTAS E / OU E SUA FUNÇÃO DE SAÍDAS
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa um esquema eletrônico de uma porta lógica OU 
EXCLUSIVA, composta por dois desenhos geométricos centrais representando duas portas 
E e outra figura geométrica mais à direita da figura, representando uma porta OU
Conforme descrito na Figura anterior, o circuito lógico possui saída S = + 
onde devemos analisar que a saída projetada nada mais é que a junção 
das saídas de duas outras portas lógicas E (AND) anteriores que possuem, 
em comum, uma entrada inversora devido a presença de duas portas lógicas 
NOT. Assim, podemos perceber que a saída das portas E (AND) são e S =
 que irão juntas servir como entradas para uma porta OU (OR).
Embora se possa notar que esses circuitos são montados a partir de blocos 
lógicos, devemos ressaltar também que esses circuitos são considerados cir-
cuitos combinacionais, pois são obtidos através de uma Tabela Verdade e que 
gera uma expressão booleana que o representa.
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CONCLUSÃO
Nesta unidade, você aprendeu que os computadores digitais são máquinas 
que funcionam baseadas na eletrônica digital que foram desenvolvidas por 
meio de uma lógica computacional conhecida como álgebra de Boole (ou 
álgebra booleana). Nessa matemática, a representação das comunicações 
nos computadores é representada por apenas dois valores: 0 (zero) ou 1 (um). 
O primeiro modelo computacional foi proposto pelo matemático John Von 
Neumann, que, posteriormente, teve a arquitetura aprimorada pelo modelo 
de Harvard. O conjunto de instruções que uma máquina realiza é conhecido 
como algoritmo que é mediado por meio de entradas e saídas dessas instru-
ções.
No geral, você conheceu que todo computador é constituído por uma unida-
de central de processamento, por uma memória e por dispositivos de entrada 
e saída (E/S) e que precisa ter como funções básicas a capacidade de proces-
samento, de armazenamento, de transferência e de controle de dados.
UNIDADE 3
OBJETIVO 
Ao final desta 
unidade, 
esperamos que 
possa:
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> Entender ofuncionamento interno 
de uma CPU e como é a 
sua comunicação com 
os demais periféricos e 
dispositivos de E/S.
> Aprender sobre tipos de 
memórias, mecanismos de 
interrupção e as funções 
dos barramentos na 
comunicação.
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3. OS COMPONENTES BÁSICOS DE 
UM COMPUTADOR
INTRODUÇÃO DA UNIDADE
Na unidade Os Componentes Básicos de um Computador serão apresen-
tados os componentes básicos de um computador, serão abordados conteú-
dos sobre os subsistemas de dados e memória, como é feita a comunicação 
entre os dispositivos e periféricos através dos barramentos, as atribuições da 
unidade central de processamento, sua composição interna e suas funções. 
Por fim, serão apresentados os mecanismos de interrupção, os tipos de bar-
ramentos, os tipos de comunicações e as características dos periféricos de um 
sistema computacional. Preparado para aprender? Vamos lá!
3.1 OS COMPONENTES BÁSICOS DE UM 
COMPUTADOR
Nesta unidade, aprenderemos sobre os conceitos básicos de um computa-
dor e de todo um sistema computacional, como ocorrem os processamentos 
dos dados e a transformação das informações, os componentes básicos da 
informação e como ocorre a hierarquia entre os dispositivos e os dados ma-
nipulados entre eles. Você saberia dizer qual o dispositivo mais importante 
de um computador? Como os dados são processados por esses dispositivos 
eletrônicos. Ficou curioso? Então vamos conferir.
3.1.1 CPU E SUA ARQUITETURA
Um computador tem um objetivo que é de alguma maneira, interagir com o 
ambiente externo que, na prática, são os dispositivos de entrada e saída (E/S) 
que, no geral, representam os periféricos e as linhas de comunicação, conhe-
cidas como barramentos, conforme Figura a seguir:
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ESTRUTURA DE UM COMPUTADOR
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa a estrutura de um computador representado por 
círculos pontilhados interseccionados, com o barramento do sistema no centro da figura, 
interligando os outros componentes de um computador: dispositivos de E/S, CPU e 
Memória.
Conforme descrito na Figura anterior, um computador é constituído por qua-
tro componentes principais:
• Unidade central de processamento (CPU):
representado na prática pelo processador dentro de um computador, 
a CPU é o cérebro da máquina, todas as instruções de rotinas e 
processamento de dados são operadas e controladas por ela. É 
constituída internamente por quatro unidades funcionais: unidade 
lógica aritmética (ULA), barramento interno, unidade de controle e 
registradores (PAIXÃO, 2014).
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• Memória principal:
local onde os dados são armazenados e manipulados para a execução 
das instruções de rotinas (MORAES, 2022).
• Dispositivos de entrada e saída (E/S):
dispositivos responsáveis por encaminhar os dados entres os 
dispositivos principais do computador e o ambiente externo, através 
de portas e conexões para comunicação de dados.
• Barramentos do sistema:
mecanismo responsável pela comunicação entre a CPU, memória 
e dispositivos de entrada e saída (E/S). Hoje, na prática, essa 
comunicação é feita pelos cabos de dados flat do tipo IDE, ATA, SATA, 
entre outros.
Como sendo o dispositivo mais importante de um sistema computacional, a 
arquitetura de um processador, nome dado à CPU, evoluiu muito nos últimos 
anos devido ao avanço tecnológico promovido nas áreas da microeletrônica 
e nanotecnologia, onde hoje podemos encontrar no mercado processadores 
com vários núcleos. Em geral, todos os CI’s (circuitos integrados), processam 
dados pois são desenvolvidos por circuitos que recebem sinais elétricos de 
baixa tensão (os bits do sinal digital) e geram sinais elétricos de saída. Outra 
característica peculiar dos processadores é a presença de uma arquitetura 
mais complexa, o diferenciando dos demais circuitos integrados.
Cabos de dados do tipo ATA, SATA, que significa 
Serial Advanced Technology Attachment, são os 
cabos utilizados hoje na maioria das arquiteturas de 
computadores devido à alta taxa de transferência 
serial de dados entre os dispositivos internos, através 
da motherboard (placa mãe), que é a principal placa 
de um sistema computacional. Todos os dispositivos 
se conectam através dela utilizando tais cabos de 
transferência de dados.
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Os principais componentes que constroem um processador e sua arquitetura 
simplificada são mostrados na Figura a seguir:
ELEMENTOS DE UM PROCESSADOR (CPU)
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa um esquema dos elementos de um processador, 
onde a ULA é representada por um bloco retangular mais à esquerda da figura, interligado 
por setas ao bloco unidade de controle no formato retangular, e os registradores que são 
representados por uma tabela com duas colunas e quatro linhas.
De acordo com a Figura anterior, temos no processador a unidade lógica 
aritmética (ULA) que é um circuito eletrônico complexo que recebe na sua 
entrada pulsos elétricos que representam a lógica binária e gera na saída o 
resultado ou manipulação através de uma ou várias operações lógicas ou arit-
méticas. Geralmente, as operações aritméticas de um computador são exe-
cutadas em dois tipos de números: os números inteiros e ponto flutuante. A 
ULA é realmente a parte do computador que executa as operações lógicas 
e aritméticas sobre os dados e os demais elementos que tem, entre outras 
funções, trazer os dados para serem processados pela ULA e, posteriormente, 
levar os resultados de volta.
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Além de executar as operações, a ULA ativa bits considerados especiais, de-
nominados de flags, como resultado das operações realizadas, que são arma-
zenados nos registradores que ficam dentro do processador. Nesse caso, a 
unidade de controle disponibiliza sinais que controlam a operação da ULA e a 
movimentação dos dados entre os elementos. A ULA está conectada aos re-
gistradores através de um barramento interno, construindo o que chamamos 
de o caminho de dados (MAIA, 2022).
Assista esta videoaula para reforçar os 
conhecimentos sobre o uso e aplicações de uma 
CPU em um computador. Clique aqui.
Pode-se utilizar, na prática, um conjunto de registradores para uma execução 
paralela de instruções. Os dados são apresentados à ULA através dos registra-
dores e os resultados das operações são armazenados, por consequência, nos 
registradores. A Figura a seguir mostra um modelo simplificado de uma ULA 
(unidade lógica aritmética):
ULA – MODELO SIMPLIFICADO
Fonte: adaptado de Stallings (2010).
#pratodosverem: a imagem representa a figura simplificada de unidade lógica aritmética, 
representada por um desenho de um trapézio.
https://www.youtube.com/watch?v=kuNq7eLdu8c
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Na figura anterior, temos um circuito do tipo combinatório, pois possui duas 
entradas (A e B) que são controladas, na prática, por um gerador de sinal de 
controle (S), que libera os sinais de entrada através de uma porta, onde o re-
sultado é mostrado através da SAÍDA do circuito. Veja a seguir:
• Unidade de controle
é responsável por receber as instruções que estão armazenadas na 
memória e decodificá-las. É um circuito que está diretamente ligado 
às execuções das instruções pela CPU. Também é função de uma 
unidade de controle emitir os sinais para os dispositivos periféricosatravés dos barramentos para informá-los das operações que os 
mesmos precisam executar.
• Registradores
são porções de memórias com capacidade de armazenamento bem 
reduzido e limitado, que são alimentadas por corrente elétrica. Todos 
os componentes são interligados internamente entre si através dos 
barramentos internos. Além desse barramento, também existem 
os barramentos de dados, que tem a função de levar os sinais de 
dados entre a CPU e os outros componentes; e também existem os 
barramentos de endereços que transportam os sinais que localizam 
os endereços em uma posição de memória ou abrem conexões entre 
a CPU e os dispositivos de entrada e saída. (PATTERSON, HENNESSY, 
2017).
3.1.2 MEMÓRIA E DISPOSITIVOS DE E/S 
(ENTRADA E SAÍDA)
Devido às variações de custo com relação a capacidade de armazenamento, 
as memórias de um sistema computacional são divididas em níveis hierár-
quicos para podermos otimizar a relação custo/benefício na montagem dos 
computadores.
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Em sistema computacional, as memórias são 
divididas em internas e externas, onde as memórias 
internas são aquelas que estão localizadas mais 
próximas do processador como os registradores, 
cache, ROM e a RAM; e as memórias externas que 
são dispositivos acessíveis através da controladora 
de E/S. (MAIA, 2022).
As memórias internas geralmente têm dependência da largura dos barra-
mentos de dados e são expressas em termos de bytes (ou oito bits); já as me-
mórias externas são transferidas em unidades maiores chamados de blocos. 
Com relação ao método de acesso às memórias, as mesmas são classificadas 
em acesso sequencial, direto, aleatório ou associativo.
Memórias de acesso sequencial são memórias 
organizadas em registros com acesso linear onde 
o tempo de acesso é variável; memórias de acesso 
direto os dados são armazenados em blocos de 
forma aleatória; memórias de acesso aleatório (ou 
randômico) cada posição de memória tem seu 
próprio mecanismo de leitura/escrita e acesso 
associativo é a memória onde as buscas pelas 
informações iniciam a partir da comparação entre 
endereço real e virtual. (MORAES, 2022).
Na hierarquia de memória, o topo da pirâmide tem como parâmetro referen-
cial a frequência ou taxa de transferência de dados, tendo os registradores 
como a memória que tem esse melhor desempenho, seguido da memória 
cache e da memória principal. As memórias mais rápidas são as mais caras, 
quanto maior a capacidade, maior o tempo de acesso à s informações con-
tidas nas posições de memórias e memórias com maior capacidade tem o 
menor custo por bit.
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Assista esta videoaula para reforçar os 
conhecimentos sobre o tipo de memória RAM, suas 
funções e aplicações em sistemas computacionais. 
Clique aqui.
Dispositivos de entrada e saída (E/S) são chamados de periféricos pois não 
fazem parte do núcleo central do sistema computacional e são representa-
dos na prática por inúmeros elementos eletrônicos que tem a função de cap-
tar estímulos elétricos vindo do mundo exterior do sistema e levar até a CPU 
através dos barramentos. O principal barramento é chamado de barramento 
do sistema (system bus) que tem a finalidade de interligar todos os compo-
nentes do sistema (CPU, memória) e por onde trafegam os mesmos tipos de 
informações, dados, endereços e sinais de controle, interligando dois os mais 
subsistemas, conforme ilustrado na Figura a seguir:
BARRAMENTOS DO SISTEMA
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a figura mostra os barramentos usados em uma comunicação interna 
entre o processador e os outros dispositivos internos, através de blocos. Um bloco na cor 
cinza claro representa a CPU, localizado logo acima de um bloco retangular na cor cinza 
que representa a memória secundária que se comunica com os barramentos horizontais 
nas cores verde, azul e salmão claro.
https://www.youtube.com/watch?v=2EWJms8vrys&t=32s
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Conforme mostrado na figura anterior, temos um subsistema de memória 
e um subsistema de E/S, interligados através dos barramentos dos sistemas, 
controlados pela CPU. Os barramentos do sistema têm função similar aos 
barramentos internos do processador que, por sua vez, permitem a troca de 
informações entre os registradores e as demais unidades da CPU.
O funcionamento dos dispositivos de entrada e saída (E/S) é operacionalizado 
através de diversos outros elementos eletrônicos que compõem o seu subsis-
tema, mesmo tendo as mesmas funções, possuem características peculiares 
que, em conjunto, recebem ou enviam informações aos periféricos e conver-
tem os sinais elétricos oriundos das trocas de informações com os dispositivos 
E/S em linguagem de máquina, para ser interpretada pelo processador.
3.1.3 UNIDADE DE CONTROLE E 
REGISTRADORES
A unidade de controle tem duas funções específicas em um computador: 
coordenar para que o processador execute as instruções na sequência devida 
de acordo com o software que está sendo usado e gerar sinais de controle 
para gerenciar as tais instruções citadas. A execução de uma instrução é cons-
truída de uma sequência de subpassos, denominados de ciclos, onde cada 
ciclo é uma sequência de operações que, pode representar na prática, uma 
simples troca de dados entre os registradores, uma troca de dados entre um 
registrador e o barramento, entre outras operações. Entretanto, uma unidade 
de controle gerencia os recursos disponíveis e o fluxo de dados entre todos os 
dispositivos de um sistema computacional. Os sinais de controle gerados pela 
unidade de controle causam o funcionamento das portas lógicas através de 
trocas de sinais elétricos, resultando no envio de dados entre registradores ou 
durante uma operação que envolva a unidade lógica aritmética (ULA). Entre 
as diversas funções de uma unidade de controle temos:
• Buscar as instruções na memória principal do computador.
• Decodificar as instruções.
• Sequenciar e organizar as instruções.
• Enviar sinais de controle para controlar as execuções das instruções.
A Figura a seguir detalha todos os elementos que compõem uma unidade 
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de controle, identificada como elemento de uma CPU (processador) que, por 
sua vez, faz parte de um computador.
ELEMENTOS DE UMA UNIDADE DE CONTROLE
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: esquema lógico que mostra as divisões internas de um computador 
onde cada círculo pontilhado representa um elemento essencial da estrutura de um 
computador.
Na Figura anterior, a unidade de controle tem a responsabilidade de receber 
as instruções do barramento vindo dos registradores, onde estão armazena-
dos os dados enviados da ULA. Lembrando que a unidade de controle não 
executa as instruções, ela lê os dados, decodifica e repassa os comandos para 
a ULA, identificando como as instruções devem ser executadas e quais dados 
serão utilizados. De acordo e seguindo as instruções, a ULA irá recolher os da-
dos na memória, executar as devidas instruções sequencialmente e retornar 
o resultado novamente para a memória onde será armazenado. Tudo sob a 
supervisão da unidade de controle, onde os dados lidos são enviados para 
alguma posição de memória, através do barramento de dados, gerando um 
fluxo de dados; já os endereços são enviados através de um barramento de 
endereço.
Para que a unidade de controle possa desempenhar as suas devidas funções, 
ela precisa ter certas especificações para poder provê-las, como portas de en-
tradas para designar o status do sistema e portas de saída para poder contro-
lar o comportamentodo sistema como um todo. Uma unidade de controle 
deve ser capaz de executar as funções sequenciais e as microoperações, con-
forme descrito na Figura a seguir que mostra um modelo genérico de uma 
unidade de controle.
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MODELO DE UMA UNIDADE DE CONTROLE DE UM PROCESSADOR
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: A figura retrata como é a comunicação interna em um processador, 
onde a unidade de controle é representada por um bloco retangular na cor laranja. Os 
barramentos internos são representados por setas nas cores azul e cinza, controlado pelo 
barramento principal de controle, representado por um retângulo pontilhado na posição 
vertical.
Na Figura anterior temos de novidade os sinais de controle de comunica-
ção entre a unidade de controle e o barramento que são identificadas de 
três tipos: os sinais de controle que realizam a ativação de alguma função na 
ULA, os sinais que ativam os caminhos de troca de dados e os sinais de con-
trole que são enviados para o barramento ou para algum dispositivo externo. 
Na prática, todas essas entradas e saídas são operações lógicas realizadas por 
portas lógicas através de sinais binários (valores 0 ou 1).
As entradas de uma unidade de controle de um sistema computacional são:
• Sincronismo (clock): 
sinal digital de pulsos que controla o tempo para a realização das 
microoperações simultâneas. Cada microoperação (ou instrução) 
é executada a cada pulso do clock do sistema, também conhecido 
na literatura como ciclo do processador ou de ciclo de relógio. 
(STALLINGS, 2010).
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• Sinais de controle do barramento: 
fornece à unidade de controle sinais de interrupção e de 
reconhecimento.
• Instruções:
determina as microoperações que devem ser executadas durante o 
ciclo de execução da instrução corrente. (MORAES, 2022)
As saídas de uma unidade de controle de um sistema computacional são:
• Sinais de controle interno:
sinais ativados durante a troca de dados entre os registradores do 
processador ou quando precisam ativar funções específicas.
• Sinais de controle para o barramento:
sinais acionados para controle da memória ou de dispositivos de 
entrada e saída (E/S), quando acionados. (STALLINGS, 2010).
Os registradores são memórias de pequeno porte e de armazenamento re-
duzido, são as mais rápidas em um sistema computacional e podem ser di-
vididas em dois grupos: os registradores de uso geral e os específicos. Em 
um sistema computacional, o destino final dos dados de qualquer memória é 
o processador. As memórias possuem como objetivo maior armazenar os da-
dos que serão utilizados pelo processador pois ele é responsável por executar 
as instruções e pela manipulação dos dados que irão gerar resultados atra-
vés das operações lógicas realizadas. Como mencionado, os registradores de 
uso geral são utilizados para armazenar dados que estão em execução pelo 
programa (temporários), como os valores que serão usados nas operações re-
alizadas e o resultado das mesmas. O acumulador (Acc) é um exemplo de 
registrador importante de uso geral e mais utilizado nos processadores por-
que ele é usado como origem e destino de dados e também é um operando 
muito eficiente nas instruções devido a velocidade de troca de dados (PAT-
TERSON, HENNESSY, 2017).
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Assista esta videoaula para reforçar os 
conhecimentos sobre os registradores, ULA, UC e a 
CPU. Clique aqui.
O registrador acumulador leva vantagem em comparação às memórias de-
vido a versatilidade e rapidez na movimentação dos bits e, de maneira geral, 
um registrador acumulador tem a capacidade de se deslocar facilmente tan-
to para a direita quanto à esquerda do registrador, além de possuir entrada e 
saída paralela. 
Outros registradores importantes em processadores são:
• Contador de instrução (CI) / Contador de programa (PC- 
Program Counter): 
esses registradores são utilizados quando o processador (CPU) precisa 
armazenar os endereços de memória que serão lidos pela instrução 
em execução. Toda vez esse contador será incrementado para apontar 
para a próxima posição de memória que será utilizada pela instrução.
• Registrador de Instrução (RI):
os códigos de instrução serão armazenados nesse registrador e a CPU 
sempre irá interpretar o conteúdo armazenado no registrador de 
instrução como sendo um código de operação para, após isso, iniciar a 
decodificação dos dados.
• Registradores de Endereço (REM):
esse registrador tem a função de armazenar o endereço onde ficará 
o conteúdo dos dados que serão acessados pelo processador e esse 
endereço, por consequência, fica armazenado em um registrador 
conhecido como Contador de Dados (CD). O tamanho do CD irá 
depender de alguns fatores como o tamanho máximo de memória 
que o processador pode endereçar.
https://www.youtube.com/watch?v=hcn0BPG182A
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• Flags:
registrador especial que guarda as informações referente a última 
execução realizada e sinais de controle para que o processador possa 
fazer controle de fluxos (PAIXÃO, 2014).
Para entendermos melhor o cenário de como funciona o uso dos registra-
dores dentro do processo de execução de tarefas de um processador, o ciclo 
de instrução dele é composto por quatro etapas: busca, decodificação, exe-
cução e resultado. Na etapa da busca, o processador irá buscar a instrução 
na memória e atualizar o status do registrador PC ou CI. A etapa de deco-
dificação da instrução ocorre a interpretação da operação a ser realizada e 
também a busca pelos operandos. A etapa da execução é onde a operação é 
desenrolada até chegar na etapa final que é o resultado.
De forma resumida, podemos afirmar que o registrador acumulador (Acc) ar-
mazena de forma temporária um conjunto de bits que serão utilizados pelo 
processador (CPU), o contador de dados (CD) tem a função de armazenar 
endereços que serão utilizados nas operações que envolvem as memórias, o 
registrador e instruções (RI) armazena os códigos de instrução e o registrador 
PC, por sua vez, armazena endereços de palavras de memória que serão lidos 
durante o processo.
Também existem os registradores ponteiros e de 
índice que são usados para armazenar valores de 
deslocamento no acesso às instruções ou no acesso 
de certas posições específicas da memória pilha 
(SP ou BP) ou ainda na manipulação de dados do 
tipo tabelas ou matrizes nos segmentos de dados 
SI e DI.
Registradores de flags são registradores compostos por 16 bits onde apenas 
nove são utilizados como flags, conforme Figura a seguir:
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REGISTRADOR DE FLAGS
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: figura mostra a estrutura interna de um registrador de 16 posições.
Conforme mostrado na Figura anterior, um registrador flag auxilia nas de-
cisões após a execução de instruções lógicas e aritméticas de acordo com o 
status das flags que compõem o registrador, como a flag ZF (zero flag), que 
indica quando o resultado de uma operação lógica é zero. A flag SF (sign flag) 
que indica quando o resultado de uma operação é negativo. A flag OF (over-
flow flag) indica que o resultado de uma operação matemática, por exem-
plo, exceda o limite de representação, a flag CF (carry flag) que indica que o 
resultado de uma operação não cabe na posição de memória destino. A flag 
AF (auxiliar carry flag) indica que ajustes são necessários na operação e a flag 
PF (parity flag) indica se o resultado de uma operaçãoqualquer possui um 
número par de bits “1”
3.2 MECANISMOS DE INTERRUPÇÃO E DE 
EXCEÇÃO
Mecanismos de interrupção e de execução são mecanismos usados para si-
nalizar ao processador a ocorrência de eventos importantes relacionados aos 
dispositivos periféricos e outros dispositivos de entrada e saída (E/S). Durante 
a ocorrência da interrupção, é solicitado à CPU que ela pare momentanea-
mente o que está fazendo para atender a interrupção pois, através disso, irá 
permitir que os dispositivos periféricos sincronizem sua operação com o pro-
cessador através dos barramentos.
3.2.1 BARRAMENTOS: TIPOS E FUNÇÕES
Um sistema computacional que possui a CPU como dispositivo central, utiliza 
os barramentos de endereço, barramentos de dados e barramentos de con-
trole para a comunicação dessa CPU com os demais dispositivos ou periféri-
cos do sistema, conforme ilustrado na Figura a seguir:
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TIPOS DE BARRAMENTOS DE UM SISTEMA COMPUTACIONAL
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa os tipos de barramentos de um sistema 
computacional onde os barramentos são representados por setas, interligando a 
CPU, figura retangular da cor cinza claro mais à esquerda da figura, a memória e aos 
dispositivos de E/S, também representados por formas retangulares pontilhadas.
Conforme ilustrado na Figura anterior, temos:
• Barramento de dados:
tem a função de interligar a CPU à memória, através de um 
barramento bidirecional, para a transferência de informações que 
serão processadas. Esse barramento determina o desempenho do 
sistema pois quanto maior a quantidade de vias de comunicação, mais 
rápido será o processamento das informações.
• Barramento de endereços:
tem a função de interligar a CPU à memória através do 
endereçamento dos dados e o número de vias desse barramento 
corresponde a tecnologia que é usada no desenvolvimento do 
processador.
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• Barramento de controle:
interliga a Unidade de Controle aos dispositivos de um computador, 
periféricos de entrada e saída, unidades de armazenamento e 
memórias auxiliares. (STALLINGS, 2010).
A largura do barramento de dados influencia no desempenho geral do siste-
ma, como já dito na unidade, e é nas linhas de dados que ocorrem as trocas 
de informações, que podem ser linhas de dados de 8, 16 ou 32 vias separadas. 
Assista esta video aula para reforçar os 
conhecimentos teóricos sobre os tipos de 
barramentos e suas funções em um sistema 
computacional. Clique aqui.
Assim, podemos ter os seguintes tipos de transferências de dados através dos 
barramentos: escrita (W), leitura (R) e leitura-escrita (WR). O modo WR po-
demos ter de dois tipos:
• Leitura-modificação-Escrita:
leitura de dados seguida da escrita de dados no mesmo endereço de 
memória.
• Leitura-após-Escrita:
após realizada a inserção dos dados, é feita uma nova leitura no 
mesmo endereço para confirmação dos dados.
O barramento de endereço é usado para indicar qual endereço na memó-
ria ou qual endereço no barramento do sistema serão usados para operação 
de transferência de dados, e o barramento de endereço indica precisamente 
onde a próxima transferência de dados irá ocorrer. Além disso, a largura do 
barramento de endereço determina o conjunto de localizações que podem 
ser referenciadas. O tamanho do barramento da memória também controla 
https://www.youtube.com/watch?v=xGCgCGSQOLA
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a quantidade de informações que a memória do processador pode endereçar 
diretamente.
Os processadores mais antigos usavam apenas 
um barramento de dados para interligar todos 
os dispositivos. Hoje em dia, os processadores 
modernos utilizam o DIB (Dual Independent Bus) 
que é uma arquitetura que inclui dois barramentos 
individuais: um que interliga a CPU a memória 
principal e periféricos, denominado de Frontside 
Bus, e outro barramento que interliga o processador 
a memória cache, denominado de Backside Bus.
3.2.2 TIPOS DE COMUNICAÇÕES ENTRE 
DISPOSITIVOS
As interfaces de E/S são assíncronas, isso quer dizer que não estão sincroni-
zadas com o clock do processador. Na prática, representa que diversos dispo-
sitivos de entrada e saída podem ter algumas particularidades, como taxa de 
transmissão na comunicação diferentes, formato dos dados a serem trans-
mitidos e recebidos diferente, quantidade de bits ou taxa de transmissão de 
acordo com o dispositivo e a capacidade do barramento etc. Devido a essas 
especificidades, na prática, os dispositivos de entrada e saída (E/S) não são 
acessados diretamente pelo processador pois isso acarretaria uma dispendio-
sa arquitetura que envolveria diferentes comunicações e estruturas entre os 
inúmeros dispositivos eletrônicos. Isso se tornaria inviável.
Assista esta videoaula para reforçar os 
conhecimentos sobre dispositivos de entrada e 
saída e suas interfaces de comunicação. Clique aqui.
Assim, foi desenvolvido um dispositivo intermediário que tem a função de fa-
zer a “conversação” e a compatibilização entre os dispositivos de entrada e sa-
ída (E/S) e os barramentos, além de realizar o seu controle. Esse dispositivo é a 
https://www.youtube.com/watch?v=hHzBR5D2xEQ
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controladora de dispositivos de entrada e saída (E/S) que, entre outras fun-
ções, controla os dispositivos de armazenamento, as controladoras de vídeo, 
o canal de comunicações, entre outras funções. A Figura a seguir, apresenta a 
arquitetura e comunicação por meio de uma controladora de dispositivos E/S.
CONTROLADORA DE COMUNICAÇÃO DE DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA (E/S)
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: esquematização da composição interna de uma controladora de 
dispositivos de entrada e saída. Um quadrado central representa a controladora, um bloco 
interno na cor verde representa os dados e um bloco interno na cor azul representa a 
lógica.
Após analisar a figura anterior, o que podemos entender? A controladora de 
dispositivos de E/S possui registradores específicos para o tipo de informação 
que será tratada, fazendo a interação com os barramentos do sistema. Tam-
bém foi criado um espaço dedicado para o armazenamento dinâmico dos 
dados durante as trocas de informações, conhecido como buffer, que irá con-
trolar a velocidade de comunicação entre os dispositivos e os barramentos. 
Por fim, temos a área onde se localiza toda a lógica de funcionamento e inte-
ração entre as interfaces e os barramentos, na qual podem ser implementa-
dos conceitos como detecção de erro, paridade, sincronismo, e a complexida-
de vai depender do tipo do dispositivo que será adicionado nas pontas. Uma 
controladora de dispositivos de E/S pode conectar um ou vários dispositivos 
de entrada e saída, inclusive dispositivos diferentes.
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3.2.3 INTERFACES E PERIFÉRICOS
Os dispositivos de entrada e saída podem se conectar de forma local ou remo-
ta em um computador, para transmissão de dados, de duas maneiras: através 
de uma transmissão serial ou através de uma transmissão paralela. Vamos 
conhecer mais sobre elas? 
A transmissão serial é uma transmissão do tipo bit a bit, onde os dispositivos 
usam apenas um meio de transmissão serializado e que devem estar devida-
mente sincronizados para que a comunicação possa ser efetivada. Para que 
o receptor e o transmissor nessa comunicação possam receber os bits envia-
dos, eles precisam ser capazes de identificar quando o bit inicia e qual o seu 
tempo de duração.Para isso, são inseridos na comunicação bits de sincronis-
mos ou de paridade. (DELGADO, 2017)
A transmissão serial pode ser realizada de duas maneiras: de forma síncrona 
ou assíncrona.
Na comunicação serial assíncrona se faz necessário 
que tanto o transmissor quanto o receptor 
possuam um dispositivo capaz de identificar e 
decompor cada caractere de bits e possam inserir 
e retirar os bits especiais conhecidos como START/
STOP na transmissão. Esses bits especiais são 
responsáveis pela sincronização e são geralmente 
implementados na prática, principalmente em 
microcontroladores, por módulos conhecidos 
como UART (Universal Asynchronous Receiver/
Transmitter). Entre outras funções, esses módulos 
têm como característica principal a conversão serial/
paralela nas transmissões digitais. Já a transmissão 
síncrona é mais eficiente em comparação à 
transmissão serial assíncrona, pois os bits são 
transmitidos em blocos, sem intervalo entre eles, 
e sem os bits especiais. Para manter o sincronismo 
nesse tipo de transmissão, faz-se necessário que 
ambos compartilhem o mesmo clock, ou fonte de 
sincronismo. (DELGADO. 2017)
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A transmissão paralela é realizada por grupo de bits, que são enviados em 
meios de transmissão individuais ou separados, que são mais dispendiosos de 
serem implementados, principalmente em maiores distâncias, devido à ate-
nuação do sinal elétrico e as interferências externas. Não foram popularizadas 
devido à necessidade de o receptor só sincronizar a comunicação se todos os 
bits fossem recebidos, rigorosamente, ao mesmo tempo, compartilhando da 
mesma fonte de sincronismo (PATTERSON, HENNESSY. 2019)
Um exemplo de comunicação serial podemos citar 
as portas USB (Universal Serial Bus) que utiliza 
quatro vias na composição do cabo, onde dois são 
conectores para alimentação 5V e as outras vias 
são para receber e enviar os dados. Exemplos de 
comunicação paralela são as portas LPT, IDE e AGP
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CONCLUSÃO
Nesta unidade, você aprendeu sobre os componentes de um computador, 
a arquitetura interna de um processador, a hierarquia existente entre as me-
mórias e como se comunicam com os dispositivos de entrada e saída. Tam-
bém vimos como ocorrem os mecanismos de interrupção em um sistema 
computacional, qual o papel dos barramentos e periféricos nessas ações e 
como o processador se comporta durante uma solicitação de interrupção. 
Por fim , aprendemos os tipos de comunicação existentes entre os dispositi-
vos, periféricos e o processador. Bons estudos!
UNIDADE 4
OBJETIVO 
Ao final desta 
unidade, 
esperamos que 
possa:
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> Entender o 
funcionamento dos ciclos 
de instrução de uma CPU e 
como é feito o sincronismo 
através dos barramentos de 
comunicação.
> Aprender sobre os 
processos de transferência 
de dados e os tipos de 
linguagens de máquina, 
voltado a programação de 
hardware.
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4. CICLOS DE INSTRUÇÃO DE UM 
PROCESSADOR
INTRODUÇÃO 
Nesta unidade, serão apresentados os subciclos de busca de um processador, 
em que serão abordados os conceitos de ciclo de instrução e suas etapas, irá co-
nhecer sobre o conjunto de instruções de um processador e a importância da 
implementação tecnológica do pipeline no desempenho dos processadores. 
Também serão abordados as interconexões e os barramentos, as operações e 
os tipos de transferência de informações e dados, o conceito de temporização 
e, por fim, será visto o conceito de linguagem de máquina a programação 
assembly. Preparado para aprender? Vamos lá!
4.1 OS SUBCICLOS DE BUSCA (FETCH)
Estudaremos as definições de instrução, programas, ciclo de instrução, o con-
junto de instruções de um processador e o conceito de Pipeline. Também será 
abordado as interconexões e barramentos, como é feita a troca de informa-
ções e aprenderemos sobre linguagem de máquina e a linguagem assembly.
4.1.1 CICLO DE INSTRUÇÃO
 A função de execução das instruções fica a cargo do processador (CPU), de 
acordo com os programas. Você sabe o que é necessário para isso ocorrer? 
Deve haver um processo ou passo a passo das tarefas que a CPU precisa se-
guir para cumprir e executar as suas funções, lembrando que o processador é 
um dispositivo eletrônico que, com a lógica computacional e digital, trabalha 
de forma sequencial. Vamos descobrir mais? Continue aqui.
Os principais elementos de uma instrução de um computador são os opco-
de (operation code), que são os códigos de operação propriamente dito, eles 
têm a função de especificar a operação que deverá ser executada pela CPU. 
Outras de suas funções é mostrar as referências dos operandos de origem e 
destino, que especificam os locais de entrada e saída para a operação e a re-
ferência da próxima instrução. (PAIXÃO, 2014)
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Os opcodes especificam operações de dados, como as próprias operações 
aritméticas e lógicas, controlam as movimentações de dados entre dois regis-
tradores ou entre registrador e memória, e também controlam as trocas entre 
posições de memória e dispositivos de entrada e saída (E/S), em que os tipos 
dos dados podem ser endereços, números, caracteres ou dados lógicos.
As etapas envolvidas na execução de uma instrução pela CPU são código de 
operação, referência ao operando fonte, referência ao operador destino 
e referência à próxima instrução, conforme figura a seguir:
CICLO DE INSTRUÇÃO EM UM PROCESSADOR
Fonte: Stallings (2010, p. 287).
#pratodosverem: a figura apresenta o ciclo de instrução em um processador, em que cada 
denominação aparece em círculos, todos interligados por setas.
Dentro do projeto de um processador, existem duas 
etapas que precisam ser especificadas: as escolhas 
das instruções e a descrição do processo de execução 
dessas instruções, chamado, tecnicamente, de ciclo 
de instruções.
O que você concluiu a partir da figura anterior? De forma mais detalhada, o 
código de operação é responsável por determinar a operação que será reali-
zada, especificada no opcode, e que atua no estágio Decodificação da ope-
ração da instrução, que faz referência ao operando principal da instrução. Já 
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o estágio Cálculo do endereço do operando faz referência ao operador desti-
no, que é responsável por produzir um resultado que será usado pela próxima 
instrução. Esse estágio também tem o papel de informar ao processador em 
que ele irá buscar a próxima instrução, após o término da instrução anterior. 
Após isso, o processador retorna para o estágio busca da instrução, reinician-
do um novo ciclo a partir da decodificação dos operandos (MORAES, 2020).
Assista a essa videoaula que mostra o ciclo de 
instrução, que é o caminho que uma instrução 
percorre para ser executada em um processador. 
Clique aqui. 
Vale ressaltar que o processador pode encontrá-los basicamente em quatro 
áreas: na memória principal ou virtual, nos registradores do processador, na 
própria instrução ou nos dispositivos de entrada e saída (E/S).
CICLO INDIRETO DE INSTRUÇÃO
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a figura mostra blocos retangulares na cor azul que representam o ciclo 
de busca, interrupção e execução de um processador.
De acordo com a figura anterior, depois que uma instrução passa pelo estágio 
de busca, ele é decodificado para analisar se algum endereçamento indiretoestá envolvido. Se tiver, os operandos são buscados e encaminhados ao está-
gio de execução. Podemos verificar, também, que um estágio de interrupção 
pode ocorrer antes de se iniciar uma nova busca pelo processador.
https://www.youtube.com/watch?v=5Id1eTreBro
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A função de execução das instruções fica a cargo 
do processador (CPU) de acordo com os programas 
e, para isso ocorrer, deve haver um processo ou 
passo-a-passo das tarefas que a CPU deve seguir 
para cumprir e executar as suas funções, lembrando 
que o processador é um dispositivo eletrônico que, 
junto com a lógica computacional e digital, trabalha 
de forma sequencial. Dentro do projeto de um 
processador, existem duas etapas que precisam 
ser especificadas: as escolhas das instruções e a 
descrição do processo de execução dessas instruções, 
chamado tecnicamente de ciclo de instruções.
De acordo com o texto anterior e a definição sobre 
um ciclo indireto de instrução, qual das opções 
abaixo corresponde a uma etapa na execução de 
um ciclo indireto de instrução?
Texto das alternativas (são randomizadas)
1. Código de operação. 
2. Referência ao operando fonte. 
3. Referência ao operador destino 
4. Interrupção
Feedback das respostas corretas: 
Dentro de um ciclo indireto de instrução, podemos 
interpretar que existem subciclos de instrução, 
onde essa atividade consiste em alternar as ações 
de busca, interrupção e execução dessas instruções.
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4.1.2 CONJUNTO DE INSTRUÇÕES DE UM 
PROCESSADOR
Cada instrução executada em um computador é representada por uma se-
quência de bits, em que uma instrução é dividida em blocos de bits que cor-
respondem aos elementos da instrução, conforme quadro a seguir: 
FORMATO DAS INSTRUÇÕES DE UM PROCESSADOR
4 BITS 6 BITS 6 BITS 6 BITS
CÓDIGO OP
ENDEREÇO 
OPERANDO 1
ENDEREÇO 
OPERANDO 2
ENDEREÇO 
OPERANDO 3
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: o quadro mostra sequência de quatro blocos retangulares na cor branca 
que representam o formato das instruções de um processador.
O bloco código OP (código do operando), de tamanho 4 bits, tem a função 
de identificar a operação que será realizada pelo processador e é também o 
bloco de uma instrução, cujo valor binário identifica a operação a ser realiza-
da, já os operandos é o campo da instrução cujo valor binário sinaliza a loca-
lização do dado que será manipulado pela instrução, durante o processo de 
uma operação.
Durante o processo de execução de uma instrução, esta é lida para um regis-
trador de instrução (RI) interno ao processador, que precisa ter a capacidade 
de extrair todos os dados dos diversos blocos da instrução para, enfim, realizar 
a operação determinada (STALLINGS, 2010)
Funcionalmente, as operações de um computador são:
• Operações matemáticas: representados pelos cálculos lógicos e aritméticos.
• Operações de movimentação de dados.
• Operações de entrada e saída, como leitura e escrita em dispositivos 
externos.
• Operações de controle, como desvios da sequência de execução ou parar 
a execução.
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Para complementar os estudos e aprender a 
aplicação prática, assista essa videoaula que mostra 
os tipos de instrução que são executadas nos 
processadores. Clique aqui.
Para lidar com as representações binárias das instruções de máquinas exe-
cutadas pelos processadores, foi criada uma representação simbólica das 
instruções em que os opcodes passam a ser representados por abreviações 
denominadas de mnemônicos, que indicam as operações, como:
CÓDIGO OP FUNÇÃO
ADD Somar
SUB Subtrair
MUL Multiplicar
DIV Dividir
LOAD Carregar os dados de memória
STOR Armazenar os dados na memória
Um dos fatores mais importantes no projeto de uma unidade central de pro-
cessamento é designar o tamanho das instruções que serão executadas pelo 
processador, que dependerá do tamanho da memória, velocidade de acesso 
e organização do barramento de dados.
Os operandos também podem ser representados por símbolos, por exem-
plo a instrução ADD R, X, que significa, na prática, somar o valor contido na 
posição de dados X com o valor contido no registrador R. Com isso, é possível 
um programa de computador em linguagem de máquina através de símbo-
lo. Cada opcode tem uma representação fixa através do sistema binário e o 
desenvolvedor ou programador precisa especificar o local de cada operando 
simbólico (MORAES, 2020).
https://www.youtube.com/watch?v=nT7hR0BN_pY
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4.1.3 PIPELINE DE INSTRUÇÕES
Atualmente, a maioria dos sistemas computacionais são fabricados em tor-
no de processadores que buscam fornecer maior velocidade na realização de 
suas tarefas e um dos processos mais usados no desenvolvimento dos proces-
sadores é o pipeline, que consiste na qual a CPU é dividida em várias partes 
funcionais distintas, denominadas de estágios, em que cada estágio corres-
ponde a uma determinada atividade. Basicamente, o pipeline tem a função 
de dividir o ciclo de uma instrução em estágios individuais e que ocorram de 
maneira sequencial, como os processos de leitura e decodificação da instru-
ção, determinação do endereço do operando, leitura dos operandos, execu-
ção e escrita do resultado do operando. 
As instruções são executadas dentro desses estágios como se fossem uma 
linha serial de montagem, em que cada um desses estágios pode executar 
uma instrução distinta e ao mesmo tempo, mas precisam ficar atento às 
ocorrências de possíveis desvios e dependência entre instruções.
O conceito de paralelismo a nível de instrução também tem como objetivo 
obter um maior desempenho computacional, implementando tecnologias 
mais avançadas, através de circuitos mais robustos, melhor organização es-
trutural da CPU, através, por exemplo, do uso de múltiplos registradores e 
memória cache e, por fim, implementado o conceito de pipeline de instru-
ções. (DELGADO; RIBEIRO, 2017)
Em um conceito de pipeline, várias instruções são realizadas de forma simul-
tânea, embora em estágios diferentes, em que o tempo de cada instrução é o 
mesmo se comparado a não implementação do pipeline. Por isso, no geral, o 
tempo total de várias instruções é bem menor, potencialmente até três vezes 
mais rápido que um processo não-pipeline, de acordo com a relação abaixo:
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Um processador necessita executar 400 instruções 
no total. Cada instrução utiliza cinco ciclos da 
CPU para terminar uma instrução. Quantos ciclos 
são necessários em um processador com e sem 
pipeline implementado? o tempo entre execuções 
desse processador?
• Psem pipeline = 5 x 400 = 2.000 ciclos 
• com pipeline = 5 + 400 = 405 ciclos 
• tempo entre execuções = 
Podemos considerar um ciclo de instruções com um pipeline implementado 
em seis estágios de mesma duração, com as seguintes denominações: Bus-
ca de Instrução (BI), Decodificação da Instrução (DI), Cálculo do Operan-
do (CO), Busca do Operando (BO), Execução da Instrução (EI) e, por fim, 
Escrita do Operando (EO), finalizando a instrução e levando em consideração 
que cada instrução passa por todos os estágios, conforme no quadro a seguir:
OPERAÇÃO DO PIPELINE EM UMA INSTRUÇÃO
TEMPO DE EXECUÇÃO
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Instruções
1 BI DI CO BO EI EO
2 BI DI CO BO EI EO
3 BI DI CO BO EI EO
4 BI DI CO BO EI EO
5 BI DI CO BO EI EO
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: o quadro mostra uma tabela que representa o tempo de execução com 
dezposições na horizontal, e as instruções de 1 a 5, representadas por quadrados coloridos 
e distintos, na vertical.
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Conforme o quadro anterior, se considerarmos que cada instrução dessa na 
CPU passa por todos os estágios do pipeline e que todos os estágios podem 
ser executados de forma paralela, podemos observar que não há conflitos e 
as instruções são todas executadas por todos os estágios. Se os estágios não 
possuírem tempo de duração igual, haverá espera em vários estágios dentro 
do processo pipeline e isso influencia no desempenho do processador. Outro 
ponto que influencia o desempenho de um processador são as instru-
ções de desvio condicional que podem, na prática, invalidar várias buscas 
de instrução e deixar com que instruções intermediárias sejam finalizadas, 
conforme mostrado no quadro a seguir:
DESVIO CONDICIONAL ATUANDO NA OPERAÇÃO DO PIPELINE EM UMA 
INSTRUÇÃO
Instruções 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1 BI DI CO BO EI EO
2 BI DI CO BO EI EO
3 BI DI CO BO EI EO
4 BI DI CO BO
5 BI DI CO
6 BI DI
7 BI
12 BI DI CO BO EI EO
12 BI DI CO BO EI EO
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: o quadro mostra uma tabela que representa o tempo de execução com 
quatorze posições na horizontal, e as instruções de 1 a 13, representadas por quadrados 
coloridos e distintos, na vertical.
Para complementar os estudos e reforçar a aplicação 
prática do conceito abordado, assista essa videoaula 
que mostra uma analogia da importância da 
técnica do pipeline nos processadores modernos. 
Clique aqui.
https://www.youtube.com/watch?v=wuug3J0Q1aE
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De acordo com o quadro anterior, a instrução 3 serve como desvio para a ins-
trução 12 pois, após essa instrução, nenhuma outra é finalizada entre os tem-
pos 9 e 12 de execução, o que ocasiona uma perda de desempenho do pro-
cessador porque, simplesmente, o desvio não foi previsto, não foi antecipado, 
e os estágios foram retirados do pipeline em que, por exemplo, no tempo 8, 
existem apenas duas instruções sendo executadas: instruções 3 e 12. Os con-
flitos de pipeline são eventos em que uma instrução seguinte não pode ser 
executada devido a um desvio, e esses conflitos podem ser de três tipos:
• Conflito por controle:
ocorre quando há necessidade de tomar uma decisão com base nos 
resultados de uma instrução enquanto outros estão sendo executadas.
• Conflito por dados:
ocorre quando o efeito de uma instrução depende do resultado de 
uma instrução anterior.
• Conflito estrutural:
em que o hardware do processador não pode suportar a combinação 
de instruções que o pipeline deseja executar no mesmo ciclo de 
operação (PAIXÃO, 2014).
4.2 INTERCONEXÕES E BARRAMENTOS
Um sistema computacional que possui a CPU como dispositivo central, uti-
liza os barramentos de endereço, barramentos de dados e barramentos 
de controle para a comunicação dessa CPU com os demais dispositivos ou 
periféricos do sistema.
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4.2.1 TRANSFERÊNCIA DE INFORMAÇÕES
Na etapa de busca dentro do ciclo de instrução ocorre o maior fluxo de 
dados dentro do processador. A maneira mais completa de como pode ser 
visto o uso dos registradores e contadores dentro do processo é mostrado na 
figura a seguir:
FLUXO DE DADOS NA ETAPA DE BUSCA
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem mostra o fluxo de dados na etapa de busca de um processador. 
O barramento de endereço é representado por um bloco retangular vertical na cor verde-
claro, o barramento de dados é representado por um bloco retangular na cor azul-claro e 
o barramento de controle é representado por um bloco retangular na cor salmão claro. A 
CPU é um bloco quadrado pontilhado localizado mais à esquerda da figura.
De acordo com a figura anterior, o que você concluiu sobre a etapa de busca 
em um ciclo de instrução dentro da CPU? Nele, a instrução é lida na memó-
ria, e o contador PC (Contador de Programa) possui o endereço da próxima 
instrução que será buscada. O endereço é então movido para o MAR (Regis-
trador de endereço de memória) e enviado para o Barramento de Endere-
ço. A Unidade de Controle, como sequência, solicita uma leitura na posição 
de MEMÓRIA e o resultado obtido é colocado no Barramento de Dados em 
que é feita também uma cópia para o MBR (Registrador de armazenamento 
temporário de dados). Após isso, o resultado é movido internamente para o IR 
(Registrador de instrução) e o PC é incrementado, preparando-o para o próxi-
mo ciclo de busca da instrução (PATTERSON; HENNESSY. 2019)
Um barramento pode permitir diversos tipos de transferência de dados, con-
forme ilustrado na figura a seguir:
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TIPOS DE TRANSFERÊNCIA DE DADOS DE UM BARRAMENTO
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem mostra blocos retangulares coloridos que representam no lado 
esquerdo da figura as operações de escrita e, mais à direita, figuras que representam as 
operações de leitura, com setas horizontais pontilhadas que representam os barramentos 
de comunicação de dados.
Conforme figura anterior, os barramentos permitem transferência de dados 
do tipo escrita e leitura, em que podemos ter transmissões do tipo multiple-
xada e não-multiplexada. Na operação de escrita, quando temos um único 
barramento dados/controle, primeiro, determinamos o endereço e, em segui-
da, começa a transferência dos dados. Quando se tem dois barramentos dis-
tintos, cada um transfere suas informações de modo independente. Similar 
na operação de leitura, mas com uma diferença pois, quando o barramento 
é multiplexado, existe um tempo de acesso, que seria uma espera para se 
buscar os dados e colocá-lo no barramento. 
No caso de operações de leitura e escrita com 
barramentos dedicados (não-multiplexados), o 
endereço é colocado no barramento de controle 
e ficará lá enquanto os dados forem inseridos 
no barramento de dados. Após o tempo de 
reconhecimento do endereço inserido no 
barramento de controle, os dados serão lidos os 
escritos. (STALLINGS, 2010).
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Também existem barramentos que permitem operações de leitura e escrita 
de maneira combinada, conforme figura a seguir:
TRANSFERÊNCIA DE DADOS: OPERAÇÃO DE LEITURA/ESCRITA
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem mostra blocos retangulares coloridos que representam a 
operação de leitura/escrita onde o bloco na cor verde representa a leitura de dados, o bloco 
na cor azul representa a escrita de dados, o bloco retangular mais à esquerda da figura 
representa o endereço que irá armazenar os dados e o barramento de comunicação que é 
representado por uma seta pontilhada na posição horizontal.
Conforme ilustrado na figura anterior, uma operação de leitura/escrita é do 
tipo em que, primeiro, se realiza a leitura e, em seguida, é realizada a escrita 
no mesmo endereço, cujo endereço só é transmitido uma única vez, no início 
da operação. Pode ser visto também na ilustração que após inserido o ende-
reço no barramento, há um tempo de espera para que seja buscado e inseri-
do os dados no barramento (MAIA. 2013)
Alguns barramentos mais específicos permitem um tipo de transferência de 
dados em blocos, conforme a figura a seguir:
TRANSFERÊNCIA DE DADOS EM BLOCO
Fonte: elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem mostra blocos retangulares coloridos que representam a 
operação de transferência de dados em bloco, onde temos blocos coloridos na sequênciaverde, amarelo, azul, representando dados, o bloco retangular mais à esquerda da figura 
representa o endereço que irá armazenar os dados e o barramento de comunicação que é 
representado por uma seta pontilhada na posição horizontal.
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De acordo com a figura anterior, na operação de transferência de dados do 
tipo em bloco, um ciclo de endereço é encaminhado seguido por vários ciclos 
de dados, em que cada dado possui uma informação particular que poderá 
ser transferido para o endereço encaminhado no início da transmissão, como 
poderá ser encaminhado para outros endereços subsequentes na transmis-
são pelo barramento.
4.2.2 BARRAMENTOS E TEMPORIZAÇÃO
Como já aprendeu sobre os tipos de barramentos e os tipos de operações que 
envolvem as transferências de dados, o conceito de temporização dessas 
operações do processador é sincronizada pelo clock, que é um sinal de alta 
frequência que mede o número de ciclos (ou instruções) que um processador 
realiza por segundo, e é controlado pela Unidade de Controle do proces-
sador. Cada ciclo de uma instrução de um processador pode ser dividido em 
até cinco ciclos de máquina em que, por sua vez, cada ciclo de máquina pode 
ser divido em até cinco estados. Podemos considerar que cada estado dura 
um ciclo de clock, e que durante um estado, a CPU realiza várias operações 
simultâneas, de acordo com que é determinado pelos sinais de controle (PAT-
TERSON; HENNESSY, 2017).
O número de ciclos de um processador pode variar de instrução para instru-
ção, mas não podemos esquecer que os números de ciclos de máquina são 
definidos de acordo com a capacidade do barramento. Assim, o número de 
ciclos de máquina depende do número de acessos que o processador precisa 
se comunicar com os dispositivos de entrada e saída (E/S) (MAIA, 2013)
A Unidade de Controle também tem a função de enviar uma sequência de 
pulsos para medir a duração das micro-operações do processador, e essa se-
quência de pulso para temporização é executada pelo clock, em que o pulso 
do clock deve ser suficiente para permitir o envio dos sinais pelos barramen-
tos de dados e pelos circuitos de controle do processador.
Para reforçar os estudos, leia o capítulo 3 – Tipos 
de Hardware, da dica de leitura acessada pelo 
link a seguir. Nela você irá conhecer os tipos de 
barramentos de um computador e suas funções e 
interligações. Clique aqui.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788536531595/pageid/25
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4.3.2 LINGUAGENS DE MÁQUINA E 
PROGRAMAÇÃO BAIXO NÍVEL (ASSEMBLY)
Os termos linguagem de máquina e linguagem de montagem são errone-
amente associados como sinônimos, mas elas não são. A linguagem de má-
quina é aquela em que as instruções são executadas diretamente no proces-
sador, em que cada instrução é um grupo binário que representa um opcode, 
faz referências a operandos e também pode relacionar outros bits à operação, 
como as flags. Já uma linguagem de montagem utiliza as simbologias para 
atribuição de nomes, posições de memórias e posições específicas de algu-
mas instruções. As declarações do código-fonte de um programa escrito em 
assembly (linguagem de montagem) podem ser do tipo:
• Comentários:
são explicações sobre linhas do código-fonte do programa que não são 
executadas pela compilação.
• Instruções:
as instruções em assembly são linhas de comandos simplificadas que 
indicam as ações que devem ser executadas pelo processador, que 
geralmente correspondem aos códigos binários das instruções de 
linguagem de máquina.
• Diretivas do assembler (ou pseudo-operações):
são comandos especiais que tem o objetivo de facilitar a escrita de 
um programa usando representações simbólicas, que não podem 
ser inseridas ao código-fonte e que servem como orientação para o 
programador (DELGADO; RIBEIRO, 2017).
As diretivas do assembler e as instruções em assembly podem incluir opera-
dores que tem a função de dar informações adicionais sobre os operandos. 
Conforme o exemplo a seguir, é a declaração da estrutura de uma instru-
ção padrão assembly:
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[LABEL: ] MNEUMÔNICO [OPERANDO] [; COMENTÁRIO]
... onde label é o a identificação dada ao endereço onde a instrução está loca-
lizada, mneumônico é a representação da instrução propriamente dita, ope-
rando são os dados que serão manipulados pela instrução e comentário é 
um texto escrito pelo programador que tem o intuito de explicar ao leitor do 
programa o objetivo daquela instrução inserida naquela determinada linha 
do código-fonte. Dentro da sintaxe de uma instrução em assembly, o campo 
mneumônico sempre é um campo obrigatório, os campos label e comentá-
rios são opcionais e o campo operando terá sempre dependência da instru-
ção inserida na linha (DELGADO; RIBEIRO, 2017).
Em uma instrução em assembly, os valores 
numéricos estão, por padrão, representados em 
base decimal, mas a base pode ser mudada e 
especificada dentro do código-fonte. (STALLINGS, 
2010)
As diretivas e as instruções em um programa em assembly tanto podem ser 
escritas em letra minúscula quanto em letra maiúscula pois assembly é uma 
linguagem não case-sensitive, mas, as boas práticas orientam que as pala-
vras reservadas, tipo instruções e diretivas, sejam escritas em letra maiúscula 
e, os demais (comentários e variáveis) sejam escritas, de preferência, em letras 
minúsculas. A sintaxe dos comentários em assembly podem ser construídos 
de três maneiras:
• Primeira:
com uma linha deixada em branco.
• Segunda:
com uma linha iniciada com um ponto e vírgula (;) seguido de um 
texto.
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• Terceira:
após a instrução escrita na linha, adiciona-se um ponto e vírgula (;) 
para indicar que a partir desse ponto, inicia-se um comentário.
Como visto, os elementos da linguagem de montagem podem ser quatro 
elementos: o label que seria tipo um rótulo determinado pelo programador 
do código-fonte que equivale ao endereço byte do código gerado para que a 
instrução da linha seja carregada para um registrador. Esses rótulos são mais 
utilizados em instruções que causam desvio de código, como no exemplo a 
seguir de um trecho escrito em assembly:
L1: SUB r1, r2 ; subtrai valor r2 – r1 e armazena o 
 resultado em r1 
 JG L1 ; se o resultado de r1 for positivo, retorna 
 (ou “salta”) novamente para L1
No trecho do código acima, L1 é a label (rótulo) da instrução, r1 e r2 são regista-
dores na função de operandos que irão armazenados os dados manipulados, 
SUB é o mneumônico da operação de subtração e JG é o mneumônico para 
Jump if Greater, que significa “retorne se valor for maior”.
O mneumônico é a função ou a operação da sentença da linguagem de mon-
tagem, em que essa sentença pode representar uma instrução de máquina, 
uma diretiva do próprio programador do código ou até representar uma ma-
cro (PATTERSON; HENNESSY, 2019)
Os códigos-fonte contêm algumas diretivas do 
tipo #define, #include, que são executadas em 
linguagem alto nível pelo pré-processador .cpp 
como por exemplo em linguagem C++. Esse pré-
processador .ccp tem a função de expandir as 
macros, realizar a inclusão de alguns arquivos com 
cabeçalhos e remover, se necessário, os comentários. 
(STALLINGS, 2010).
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O operando tem a função de identificar um valor, um registrador ou uma 
posição de memória, cuja linguagem de montagem geralmente fornece atri-
butos para que possamos distinguir entre esses trêstipos de referência, como 
também fornece e indicam os modos de endereçamento que serão usados.
Os tipos de sentenças utilizadas em linguagem de montagem são: ins-
trução, diretiva, definição de macro e comentário.
As instruções são as representações simbólicas das instruções de linguagem 
de máquina, as diretivas, conhecidas também por pseudoinstruções, são as li-
nhas de código da linguagem de montagem que não são traduzidas (ou com-
piladas) para a linguagem de máquina, que podemos citar como exemplos:
Exemplos de diretivas: 
• constantes; 
• áreas de memória com a função de armazenar os 
dados que serão manipulados; 
• inicialização de determinadas áreas da memória; 
• tabelas; 
• dados fixos na memória; e 
• referências para outros programas.
Definição de macro é similar a uma sub-rotina que pode ser escrita e usada 
várias vezes através de chamadas de sub-rotina de qualquer ponto do progra-
ma. Após compilado, a sub-rotina é carregada apenas uma vez dentro do 
código-fonte e é tratada pelo processador durante o tempo de execução. Já 
os comentários são utilizados pelo programador do código-fonte para sinali-
zar os objetivos de cada linha de instrução e são ignorados pelo compilador.
Para finalizar os estudos dessa unidade e reforçar os 
conhecimentos práticos em linguagem de máquina, 
assista a videoaula que aborda de maneira singular 
a diferença entre linguagem de programação 
de baixo e alto nível, fundamental para nossos 
entendimentos nessa unidade. Clique aqui.
https://www.youtube.com/watch?v=QVpB-wMgR0Y
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ARQUITETURA DE COMPUTADORES
CONCLUSÃO
Nesta unidade, aprendemos sobre os subciclos de busca de um processa-
dor, aprendeu sobre as etapas que compreendem o ciclo de instrução de um 
processador, a importância da implementação do pipeline no desempenho 
do hardware de uma CPU, os tipos de operações realizadas pelos barramen-
tos de dados e de controle, o conceito de clock e temporização em sistemas 
computacionais e, por fim, viu aplicações básicas e práticas dos conceitos de 
linguagem de máquina e a programação assembly.
UNIDADE 5
OBJETIVO 
Ao final desta 
unidade, 
esperamos que 
possa:
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> Entender o 
funcionamento das 
memórias, tipos de 
memórias, acessos e 
operações que podem ser 
realizadas.
> Aprender sobre os 
diversos tipos de memória 
dentro de um computador 
e suas funções.
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5. HIERARQUIA DE MEMÓRIA
INTRODUÇÃO 
Na unidade Hierarquia de memória você irá aprender sobre os conceitos de 
memória e suas aplicações, suas funções, implementações, tecnologias aplica-
das e suas diferenças. Serão apresentados os conceitos sobre troca de dados 
entre memórias, quais os tipos de memórias mais rápidas, que possuem maior 
armazenamento e quais os parâmetros são levados em consideração quando 
se deseja projetar a memória mais apropriada para um determinado sistema 
computacional. Preparado para aprender? Vamos lá!
5.1 ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA
Nesta unidade, aprenderemos sobre os conceitos introdutórios da hierarquia 
de memória, os tipos de memórias existentes e suas funções em um sistema 
computacional, também aprenderemos sobre os tipos de acesso à memória 
e suas classificações. 
Também serão abordados os conceitos de memória principal, secundária, vir-
tual e cache, e como elas se comunicam e se completam para a construção 
de um sistema computacional robusto, complexo e eficiente.
5.1.1 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
A hierarquia de memória de um computador tem como características cinco 
aspectos que devem ser levados em consideração: o tempo de acesso aos 
dados, o tamanho da memória, a largura de banda da memória (ou ban-
dwidth), custo por byte e unidade de transferência, medida em byte. Já 
com relação aos níveis de hierarquia, as memórias em computadores são 
divididas em quatro níveis ou tipos: memória secundária, memória prin-
cipal, memória cache e registradores, conforme a Figura a seguir:
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HIERARQUIA DE MEMÓRIA
Fonte: Elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa uma estrutura hierárquica com retângulos 
sobrepostos em tamanhos diferentes, representando a característica de cada memória.
Conforme Figura anterior, a memória secundária tem a característica de 
armazenar uma grande quantidade de informação mas tem um tempo de 
acesso menor se compara a memória principal. Isso significa que a memória 
secundária é bem mais lenta se comparada a memória principal. Quando há 
a necessidade, as informações que são armazenadas na memória secundária 
são transferidas para a memória principal pelo computador através da su-
pervisão do sistema operacional. Hard Disk (HD) é um exemplo de memória 
secundária. 
A memória principal tem a função de armazenar os dados e as instruções 
que serão usadas pelo processador e são na prática representadas por me-
mórias do tipo DRAM (Dynamic Random Acess Memory) e por chips. A me-
mória principal é supervisionada e controlada por uma MMU (Memory Mana-
gement Unit), unidade de gerência de memória, em conjunto com o próprio 
sistema operacional do sistema computacional (DELGADO, 2017). 
Já a memória cache é constituída por uma pequena quantidade de memó-
ria do tipo SRAM (Static Random Acess Memory) que possui, como principal 
característica, a alta velocidade de acesso. 
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Existem dois tipos de memória cache: a cache 
interna (ou L1 ou primária) com capacidade de 
armazenamento pequena, cerca de 32 kbytes, 
e a cache externa (ou L2 ou secundária), com 
capacidade média de armazenamento entre 256 
e 512 kbytes. A referência para determinar se uma 
memória cache é interna ou externa é sua localização 
em relação ao processador, e as memórias caches 
também armazenam dados que possuem uma 
grande probabilidade de reutilização, evitando 
acessos à memória principal e, por consequência, 
diminuindo o tempo de acesso aos dados.
Considerando então a hierarquia e os diversos tipos de memórias existentes, 
que sofrem variação em função da tecnologia aplicada no seu desenvolvi-
mento, capacidade de armazenamento, velocidade e custo, podemos afirmar 
que é difícil projetar um sistema computacional com apenas um só tipo de 
memória, dentro das suas funções e objetivos específicos. O sistema compu-
tacional possui várias memórias que se encontram interconectadas e interli-
gadas de forma estruturada, construindo o que chamamos de um subsiste-
ma de memória (MAIA, 2013).
Para reforçar os conhecimentos sobre a hierarquia 
de memória, assista essa videoaula rápida e 
explicativa com uma abordagem diferente sobre o 
assunto. Clique aqui. 
5.1.2 ACESSO A MEMÓRIA
Tomando como referência a arquitetura de Von Neumann, a unidade central 
de processamento recebe os dados provenientes dos dispositivos de entrada, 
realiza o processamento de acordo com as especificações de um programa e 
retorna o resultado através de um dispositivo de saída, onde as instruções do 
programa processados ficam armazenadas na memória. A memória é dividi-
https://www.youtube.com/watch?v=3L5wP4VFxGQ
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da em vários setores, locações, cada qual possuindo um determinado ende-
reço associado. Cada locação é denominada de byte que é formada por 8 bits 
(unidade básica de um sistema binário) (MORAES, 2020).
Endereço de memória é o um endereço, representado por um número, queidentifica a posição de uma palavra na memória, onde cada dado armaze-
nado em um sistema de memória, possui um único endereço, representado 
por números binários ou hexadecimais. Cada locação de memória possui um 
endereço associado, onde serão encontrados os dados a serem acessados, 
conforme Figura a seguir:
ACESSO E ENDEREÇAMENTO DE MEMÓRIA
Fonte: Elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa blocos retangulares sobrepostos na cor verde, 
representando uma memória, um bloco cinza mais à esquerda, representando o 
processador, com blocos retangulares menores, internos ao processador, representando os 
registradores e a Unidade de Controle
Conforme ilustrado na Figura anterior, para fazer a comunicação e o acesso 
do processador a memória, o processador possui dois registradores específi-
cos: o MAR (Memory Address Register), que está interligado ao barramento 
de endereços, e o MBR (Memory Buffer Register), que está interligado ao 
barramento de dados. O MAR tem a função de selecionar a posição de me-
mória que será acessada e o registrador MBR tem a função de receber o dado 
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recolhido da memória, se for realizado o acesso do tipo leitura; se o acesso for 
do tipo de escrita, esse registrador deverá conter o dado que será armazena-
do no endereço que será informado pelo registrador MAR. A UC, Unidade de 
Controle do processador, está ligada ao barramento de controle do sistema, 
é que tem a função de controlar essa operação de acesso, determinando se o 
acesso será de leitura ou escrita, através da decodificação das instruções.
Para reforçar os conhecimentos sobre acesso e 
endereçamento de memória, assista a videoaula 
que faz uma abordagem completa sobre o ciclo 
de instrução, a execução, o acesso à memória e a 
escrita em registradores. Clique aqui.
5.1.3 TIPOS DE OPERAÇÕES NA MEMÓRIA
A memória é um dispositivo de armazenamento que tem a função de guar-
dar as informações que serão utilizadas durante as operações e recuperar os 
elementos de informação quando necessário. Outras operações realizadas 
pelas memórias, além de armazenamento e recuperação de dados, são a es-
crita ou gravação (W, do termo em inglês write) e leitura ou recuperação (R, 
do termo em inglês read). A operação de leitura ocorre quando, ao ler os 
dados de um endereço, o processador faz uma cópia desse conteúdo. Com 
isso, essa operação de leitura (R) é chamada de não destrutiva. Na operação 
de escrita, o processador acessa uma determinada posição de memória e, 
ao escrever um dado, o conteúdo anterior é perdido. Com isso, a operação de 
escrita é considerada como uma operação destrutiva. Sempre se faz neces-
sário indicar o endereço de memória sobre qual se deseja fazer a operação. A 
primeira delas, na operação de leitura, localiza-se primeiramente o setor cor-
respondente ao endereço que se deseja fazer a operação e consulta o valor já 
armazenado nesse setor. Após a leitura, o setor continua com o valor original 
armazenado. Já na operação de escrita, o processador agora já trabalha com 
um endereço de memória e um valor e, de forma semelhante a operação de 
leitura, a escrita irá localizar o setor do endereço desejado e, agora de manei-
ra diferente à leitura, substitui o conteúdo pelo novo valor desejado. Durante 
esse processo, o conteúdo anterior que foi substituído pelo novo valor, será 
perdido de maneira irreversível, isso significa que não poderá ser recuperado.
https://www.youtube.com/watch?v=IQKjLvGWjeo
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5.2 CLASSIFICAÇÃO DE MEMÓRIA
Podemos classificar as memórias de um sistema computacional de dois tipos:
• Memória volátil:
é a memória que necessita estar energizada para reter e manter 
as informações armazenadas. Quando houver o desligamento de 
energia do sistema e, consequentemente das memórias, todo seu 
conteúdo será perdido. Temos como exemplos de memórias voláteis 
os registradores e as memórias principais
• Memória não-volátil:
é o tipo de memória que não precisa estar energizada para reter as 
informações armazenadas e temos como exemplos as memórias 
secundárias de um sistema computacional.
5.2.1 MEMÓRIA PRINCIPAL E AUXILIAR
A memória de um computador não pode ser vista como peça individual, iso-
lada, pois existem vários tipos de memória, como a memória em que é execu-
tado o processamento de dados é de um tipo diferente da memória de arma-
zenamento, que tem a função de armazenar os dados de um computador. A 
velocidade de processamento requer que existem vários tipos de memórias, 
cada qual com sua função particular. Estas memórias são classificadas em 
memória principal e memória secundária (ou auxiliar). Além desses tipos, 
ainda temos a memória cache e os registradores de um processador.
As memórias principais são memórias construídas a partir de semicondu-
tores, que são dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos que possuem 
condutividade intermediária entre condutores e isolantes. Geralmente os se-
micondutores são compostos por materiais como o silício e o germânio.
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Para reforçar os conhecimentos sobre matérias 
semicondutores e suas aplicações em sistemas 
computacionais, assista essa videoaula e saiba 
como funciona o conceito aplicado na construção 
de alguns componentes eletrônicos, como as 
memórias semicondutoras. Clique aqui.
Rápidas e relativamente caras, as memórias semicondutoras possuem diver-
sas tecnologias específicas, cada uma com suas vantagens e desvantagens, 
velocidade de acesso, custo, entre outros e, como já citado, possuem como 
representantes os registradores, as memórias principais e a memória cache. 
As memórias principais possuem as memórias RAM (Random Acess Memory) 
como sua principal representante, onde as mesmas podem ser classificadas 
em dois grupos:
• Memória de leitura e escrita:
R/W_Read and Write.
• Memória ROM:
Read Only Memory.
As memórias R/W são memórias de leitura e escrita, possuem acesso ran-
dômico, aleatório, e são voláteis. Podem ser do tipo estática (SRAM) ou di-
nâmica (DRAM). As memórias do tipo SRAM são constituídas de circuitos 
formados a partir de flip-flops RS e mantém a informação enquanto estiver 
energizada, conforme modelo similar a estrutura ilustrada na Figura a seguir:
https://www.youtube.com/watch?v=sksilUt1uUg
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 ESTRUTURA INTERNA DE UMA MEMÓRIA SRAM
Fonte: Elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: Esquematização de figuras geométricas representando a composição 
interna de uma memória SRAM, onde quatro figuras geométricas estão interligadas via 
setas com entradas designadas pelas letras R e S, e saídas designadas pelas letras Q e Q Q.
As memórias do tipo SRAM possuem a características de serem muito rápi-
das e são aplicadas, geralmente, como memórias cache.
As memórias DRAM são formadas por capacitores e transistores, um par de-
les para representar um bit, não utilizam flip-flops, necessitam de um botão 
de refresh, alta capacidade de armazenamento, são mais lentas e, tipicamen-
te, usadas como status de memória principal. Como evolução das memórias 
DRAM, temos as FPM DRAM (Fast Page Mode), que são assíncronas e mais 
antigas, seguidas pelas EDO DRAM (Extended Data Output), também assín-
cronas e, as mais recentes, SDRAM (Synchronous Dynamic Random-Access 
Memory), memórias dinâmicas e síncronas de acesso aleatório.
Existem também as memórias DDR ou SDRAM II (Double Data Rate SDRAM) 
que são memórias SDRAM mais avançadas em performance e que trabalham 
com o dobro de desempenho, como as DDR 1, DDR2, DDR3 etc.
As memórias ROM (ReadOnly Memory) são memórias apenas de leitura pois, 
uma vez com informações gravadas, escritas, não podem mais ser alteradas 
ou modificadas. São memórias também de acesso aleatório, mas são não-
-voláteis. São memórias mais lentas se comparadas as memórias R/W, mais 
baratas e podem ser programadas no processo de fabricação, através do mé-
todo MROM (Mask Programmed ROM), que é o firmware gravado durante 
a fabricação do chip de memória ROM, com auxílio de um filme fotográfico, 
máscara. Essas máscaras têm como característica serem bastante cara e não 
permitem regravação.
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Para reforçar os conhecimentos sobre memórias 
ROM e suas aplicações em sistemas computacionais, 
assista essa videoaula e saiba como funciona o 
processo de gravação das memórias somente de 
leitura do ponto de vista do usuário. Clique aqui.
Utilizada geralmente para gravar programas que não se deseja permitir a al-
teração por parte dos usuários do sistema, essas memórias têm aplicações 
no sistema BIOS (Basic Input Output System) de um computador e em mi-
cro programas de memórias de controle, como exemplos temos as PROM, 
EPROM, EEPROM e Flash.
A memórias PROM (Programmable Read Only Memory) são memórias ape-
nas de leitura, programáveis, geralmente são adquiridas limpas, sem nenhu-
ma informação gravada, sendo utilizada nos processos de testes de programas 
no lugar da ROM, ou quando se quiser produzir memórias ROM em pequena 
escala. Essa memória, uma vez gravada, não pode mais ser alterada. Já as me-
mórias EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) são memórias 
apenas de leitura, programáveis e apagáveis, através de máquinas próprias 
e adequadas para o processo, com base de raios ultravioleta. Tem utilização 
semelhante à da PROM para teste de programas, mas se aplica quando se 
deseja produzir ROM em quantidades pequenas e que sejam reutilizáveis.
Para reforçar os conhecimentos sobre memórias 
EROM e como funciona um leitor de memória 
EPORM, assista essa videoaula sobre o assunto. 
Clique aqui.
A memória EEPROM (ou E2PROM), Electrically Alterable ROM, são memó-
rias apenas de leitura, programáveis e eletronicamente alteráveis, isso signifi-
ca que as EEPROM podem ser apagadas através de um processo eletrônico, 
sob controle do processador. São mais caras, menores e mais rápidas que as 
EPROM, geralmente com aplicabilidade em dispositivos que necessitam de 
atualização de firmware devido a reconfiguração de hardware ou atualiza-
ções para novas versões.
https://www.youtube.com/watch?v=K-trdnFIlHg
https://www.youtube.com/watch?v=ZvxQ4tO0xw0&t=71s
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Similar as memórias EEPROM, temos a memória Flash, termo usado devi-
do a elevada velocidade para apagar os dados contidos nessas memórias, se 
comparado com as memórias EPROM e EEPROM. Os dados são apagados 
e regravados por blocos e o conteúdo total ou parcial dessas memórias po-
dem ser apagados através de um processo de escrita. Tem aplicações ideais 
para dispositivos portáteis como smartphones, câmeras digitais, tabletes, pal-
mtops etc.
As memórias auxiliares (ou secundárias) são as memórias mais baratas 
dentro do processo de hierarquia de memórias, com maior espaço de arma-
zenamento nos computadores e sistemas computacionais, são consideradas 
as mais lentas unidades de armazenamento e possuem, como exemplos, os 
DVDs, HDs, pen drives etc. 
Com relação ao tempo de acesso e ciclo de 
memória, as memórias auxiliares são, no geral, 
dispositivos eletromecânicos que possuem tempo 
de acesso maiores, em torno de 120 a 300 ms 
(milissegundos), se comparado com os tempos de 
acesso típicos, que são em torno de 8 a 15 ms.
Com relação a capacidade de armazenamento, variam bastante pois depen-
de do tipo de dispositivo utilizado. Podemos ter hoje em dia Hard Disk com 
capacidades superioras a 1 TB (TeraByte) e pen drives ou dispositivos removí-
veis similares com capacidade similar.
As memórias secundárias são não-voláteis, possuem tecnologia de constru-
ção e desempenho variável devido aos tipos existente e aplicações, possuem 
armazenamento do tipo permanente e o custo também é muito variado.
5.2.2 MEMÓRIA CACHE E VIRTUAL
Partindo do pressuposto que o processador precisa buscar os dados e instru-
ções em uma memória externa, denominada de memória principal, também 
surgiu a necessidade de diminuir o atraso gerado por essa transferência de 
dados entre a memória e o processador. Para solucionar esse problema, foi 
desenvolvida uma unidade de armazenamento entre a memória principal e 
o processador, denominado de memória cache, conforme ilustrado na Figura 
a seguir: 
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MEMÓRIA CACHE EM UM SISTEMA COMPUTACIONAL
Fonte: Elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: Esquematização de blocos retangulares representando o processador, 
como bloco central, maior, com blocos menores no seu interior, representando a CPU e 
as memórias cache internas, interligados através de setas à memória cache externa L2 e a 
memória principal.
Conforme ilustrado na Figura anterior, a memória cache L1 é interna ao pro-
cessador e a memória cache L2 é externa ao processador, onde as mesmas 
têm a função de acelerar a transferência de dados entre o processador e a 
memória principal. Similar aos registradores, as memórias caches são volá-
teis, projetadas em forma de chip, são caras e de menor capacidade, mas se 
associadas à memória principal, resulta em um sistema computacional ra-
zoavelmente barato, rápido e com grande capacidade de armazenamento 
(STALLINGS, 2010).
A memória virtual armazena o programa em disco e apenas pedaços do pro-
grama são trazidos para a memória principal quando necessários. Esse pro-
cesso é denominado de paginação ou segmentação. Com o aparecimento 
de programas cada vez maior em tamanho e a percepção de que não é ne-
cessário carregar todo o programa na memória principal, é onde surge o con-
ceito de memória virtual. A memória é organizada em blocos ou quadros de 
tamanho fixo, onde a tabela de blocos livres registra quais blocos estão livres. 
Cada processo é dividido em páginas de tamanho igual, assim uma página 
de um processo pode ser carregada em um bloco de memória. A Tabela de 
Páginas registra em que bloco de memória cada página está carregada, e 
essa tabela é mantida pelo Sistema Operacional.
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O mecanismo de paginação que viabiliza a 
implementação de memória virtual, no qual 
o programa reside no disco, e apenas páginas 
necessárias são trazidas à memória sob demanda, 
é a chamado de Paginação sob Demanda.
Se a execução precisa de uma página que não está na memória, o Sistema 
Operacional será acionado através de uma interrupção de falha de página a 
fim de trazes a página para a memória. Para isso ocorrer, um outro bloco livre 
é usado para receber a página. Se não há blocos livres, o Sistema Operacional 
seleciona e desocupa uma página ne memória, dando o bloco liberado para 
a nova página. Vale ressaltar que cada processo tem uma Tabela de Páginas 
onde há uma entrada para cada página do processo. Com a memória virtual, 
um processo pode consistir de um grande número de páginas, impossibili-
tando alocar a Tabela de Páginas dentro da memória física. (PAIXÃO, 2014)
5.2.3 REGISTRADORES
E, você, já sabe o que são registradores? São memórias de pequeno porte e de 
armazenamento reduzido, as mais rápidas em um sistema computacional, e 
podem ser divididas em dois grupos: registradores de uso geral e registra-
dores específicos. Em um sistema computacional, o destino final dos dados 
de qualquer memória é o processador.As memórias possuem como objetivo maior armazenar os dados que serão 
utilizados pelo processador, pois ele é responsável por executar as instruções 
e pela manipulação dos dados que irão gerar resultados por meio das ope-
rações lógicas realizadas. Como mencionado, os registradores de uso geral 
são utilizados para armazenar dados que estão em execução pelo programa 
(temporários), como os valores que serão usados nas operações realizadas e o 
resultado das mesmas. O acumulador (Acc) é o registrador mais importante 
de uma CPU, pois é usado tanto como origem e destino de dados, e também 
por ser um operador muito eficiente nas instruções devido à alta velocidade e 
performance no processo de troca de dados (PATTERSON; HENNESSY, 2017).
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Uma unidade de controle gerencia os recursos 
disponíveis e o fluxo de dados entre todos os 
dispositivos de um sistema computacional. Os 
sinais de controle gerados pela unidade de controle 
causam o funcionamento das portas lógicas através 
de trocas de sinais elétricos, resultando no envio 
de dados entre registradores ou durante uma 
operação que envolva a unidade lógica aritmética 
(ULA) De acordo com o texto acima sobre a unidade 
de controle de uma CPU, qual das opções abaixo 
corresponde a uma função de uma unidade de 
controle?
Texto das alternativas (são randomizadas)
1. Buscar as instruções na memória principal do 
computador. 
2. Executar as operações lógicas e aritméticas. 
3. Ativar bits considerados especiais, denominados 
de flags. 
4. Armazenar os dados temporários e permanentes 
do sistema.
Feedback das respostas corretas: 
Entre as diversas funções de uma unidade de 
controle temos a que ela deve buscar as instruções 
na memória principal do computador, decodificar 
essas instruções, sequenciar e organizar as 
instruções e, por fim, enviar sinais de controle para 
controlar as execuções das instruções.
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O registrador acumulador leva vantagem em comparação às memórias de-
vido a versatilidade e rapidez na movimentação dos bits e, de maneira geral, 
um registrador acumulador tem a capacidade de se deslocar facilmente tan-
to para a direita quanto à esquerda do registrador, além de possuir entrada e 
saída paralela. 
Outros registradores importantes em processadores são:
• Contador de instrução (CI) /Contador de programa (PC 
– Program Counter): 
esses registradores são utilizados quando o processador (CPU) precisa 
armazenar os endereços de memória que serão lidos pela instrução 
em execução. Toda vez esse contador será incrementado para apontar 
para a próxima posição de memória que será utilizada pela instrução.
• Registrador de Instrução (RI):
Os códigos de instrução serão armazenados nesse registrador e a 
CPU sempre irá interpretar o conteúdo armazenado no registrador de 
instrução como sendo um código de operação para, após isso, iniciar a 
decodificação dos dados.
• Registradores de Endereço (REM):
Esse registrador tem a função de armazenar o endereço onde ficará 
o conteúdo dos dados que serão acessados pelo processador e esse 
endereço, por consequência, fica armazenado em um registrador 
conhecido como Contador de Dados (CD). O tamanho do CD irá 
depender de alguns fatores como o tamanho máximo de memória 
que o processador pode endereçar.
• O Flags:
É o registrador especial que guarda as informações referente a última 
execução realizada e sinais de controle para que o processador possa 
fazer controle de fluxos.
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Para entendermos melhor o cenário de como funciona o uso dos registrado-
res dentro do processo de execução de tarefas de um processador, o ciclo de 
instrução é composto por quatro etapas: busca, decodificação, execução e 
resultado. Na etapa da busca, o processador irá buscar a instrução na memó-
ria e atualizar o status do registrador PC ou CI. Na etapa de decodificação da 
instrução ocorre a interpretação da operação a ser realizada e também a bus-
ca pelos operandos. A etapa da execução é quando a operação se desenvolve 
até chegar na etapa final, que é o resultado.
Os registradores são memórias de pequeno porte 
e de armazenamento reduzido, são as mais rápidas 
em um sistema computacional e podem ser 
divididas em dois grupos: os registradores de uso 
geral e os específicos. 
Em um sistema computacional, o destino final 
dos dados de qualquer memória é o processador. 
As memórias possuem como objetivo maior 
armazenar os dados que serão utilizados pelo 
processador, pois ele é responsável por executar 
as instruções e pela manipulação dos dados que 
irão gerar resultados através das operações lógicas 
realizadas.
Agora é com você! Correlacione as colunas 
arrastando para o lado fazendo correlação entre 
os registradores e suas funções em um sistema 
computacional. 
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QUADRO 1 – TEXTO DO RECURSO (ATIVIDADE)
TEXTO - COLUNA COM 
BOTÃO DE ARRASTAR TEXTO - COLUNA COM A RESPOSTA 
PC- Program Counter
Esses registradores são utilizados quando o processador 
(CPU) precisa armazenar os endereços de memória que 
serão lidos pela instrução em execução.
RI - Registrador de 
Instrução
Armazena os códigos de instrução que serão 
interpretados pela CPU.
REM - Registradores de 
Endereço
Esse registrador tem a função de armazenar o endereço 
onde ficará o conteúdo dos dados que serão acessados 
pelo processador.
Flags
Registrador especial que guarda as informações 
referente a última execução realizada e sinais de controle 
para que o processador possa fazer controle de fluxos.
Fonte: Elaborado pelo autor (2022).
Como foi o jogo? Vamos continuar aprendendo? De forma resumida, pode-
mos afirmar que o registrador acumulador (Acc) armazena de forma tem-
porária um conjunto de bits que serão utilizados pelo processador (CPU). O 
contador de dados (CD) tem a função de armazenar endereços que serão uti-
lizados nas operações que envolvem as memórias, o registrador e instruções 
(RI) armazena os códigos de instrução. Já o registrador PC, por sua vez, arma-
zena endereços de palavras de memória que serão lidos durante o processo.
Também existem os registradores ponteiros e de índice, que são usados para 
armazenar valores de deslocamento no acesso às instruções ou a certas posi-
ções específicas da memória pilha (SP ou BP), ou, ainda, na manipulação de 
dados do tipo tabelas ou matrizes nos segmentos de dados SI e DI. (PATTER-
SON, HENNESSY. 2019)
Registradores de flags são compostos por 16 bits, sendo que apenas nove são 
utilizados como flags, conforme Figura a seguir:
 REGISTRADOR DE FLAGS
Fonte: Elaborado pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa a estrutura interna de um registrador de 16 posições 
onde as posições são representadas por uma série de quadrados adjacentes.
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Você conseguiu perceber como o flag pode contribuir? Conforme vimos na 
Figura anterior, um registrador flag auxilia nas decisões após a execução de 
instruções lógicas e aritméticas de acordo com o status das flags que com-
põem o registrador, como a flag ZF (zero flag), que indica quando o resultado 
de uma operação lógica é zero. A flag SF (sign flag) indica quando o resultado 
de uma operação é negativo. 
A flag OF (overflow flag) sinaliza que o resultado de uma operação matemáti-
ca, por exemplo, exceda o limite de representação, enquanto a flag CF (carry 
flag) revela que o resultado de uma operação não cabe na posição de memó-
ria destino.A flag AF (auxiliar carry flag) indica que ajustes são necessários 
na operação e a flag PF (parity flag) aponta se o resultado de uma operação 
qualquer possui um número par de bits “1”.
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CONCLUSÃO
Nesta unidade, você aprendeu sobre os tipos de memórias em um sistema 
computacional e suas aplicações, aprendeu sobre as tecnologias e diferen-
ças entre os diversos tipos de memórias, conceitos de paginação e memória 
virtual, aprendeu como os registradores são aplicados dentro de um sistema 
computacional e qual o motivo para o surgimento das memórias cache.
Aprendeu também como a hierarquia de memórias serve para nos apresen-
tar as diferenças entre as memórias, quais os tipos de memórias quando se 
leva em consideração a velocidade de acesso e armazenamento e, por fim, 
aprendeu a diferença entre memórias voláteis e não voláteis. Bons estudos!
UNIDADE 6
OBJETIVO 
Ao final desta 
unidade, 
esperamos que 
possa:
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> Aprender sobre 
arquiteturas de 
processadores 
superescalares e sobre o 
uso do superpipeline.
> Aprender as diferenças 
entre microcontroladores e 
microprocessadores e suas 
aplicações.
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6. PARALELISMO, 
MICROCONTROLADORES E 
ARQUITETURAS PARALELAS
INTRODUÇÃO DA UNIDADE
Na unidade Paralelismo, Microcontroladores, Processadores e arquitetu-
ras paralelas, você irá aprender sobre o conceito de arquiteturas superesca-
lares e arquiteturas superpipeline, a diferença e as aplicações entre as suas 
estruturas e qual a importância dessas arquiteturas para o desenvolvimento 
de máquinas baseadas nas tecnologias RISC e CISC.
Também irá aprender sobre o conceito de paralelismo, a diferença entre arqui-
teturas com multiprocessadores e arquiteturas Multicomputadores, a impor-
tância da Taxonomia de Flynn para essas arquiteturas e, por fim, a diferença 
entre microcontroladores e microprocessadores. Preparado para aprender? 
Vamos lá!
6.1 PROCESSADORES SUPERESCALARES E 
SUPERPIPELINE
Nesta unidade, aprenderemos sobre processadores superescalares e arquite-
tura superpipeline, as diferenças entre as tecnologias RISC e CISC usadas para 
desenvolvimento de processadores, o conceito de paralelismo e suas aplica-
ções junto com as arquiteturas e tecnologias existentes e, por fim, as diferen-
ças existentes entre Multicomputadores e multiprocessadores.
6.1.1 ARQUITETURA RISC E CISC
Arquitetura superescalar é uma arquitetura de microprocessador que pos-
sui mais de uma unidade em execução. Essas unidades em execução, tam-
bém denominadas de pipelines, são os lugares onde o processamento dos 
dados e das instruções são organizadas e repassadas para o resto do sistema 
(DELGADO. 2017).
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Os princípios da arquitetura superescalar envolvem o fato de possuir várias 
unidades de execução e várias instruções que são executadas de forma simul-
tânea dentro de um mesmo ciclo de instrução (clock de relógio) e dentro do 
mesmo estágio do pipeline.
Alguns problemas que podem ocorrer com a execução simultânea de instru-
ções são os possíveis conflitos de acesso aos recursos comuns, como registra-
dores e memória, a dependência de dados e a dependência de controles de 
dados e instruções (MAIA. 2013).
Os pipelines podem operar com velocidades variáveis, e a execução das ins-
truções pode não seguir a sequência estabelecida no programa. O micropro-
cessador superescalar deve ter a capacidade de implementar o conceito de 
look-ahead: se há algum conflito ou dependência que impeça a execução da 
instrução atual, o processador precisará ter a capacidade de examinar instru-
ções além do ponto atual do programa, deverá saber procurar instruções que 
sejam independentes e, além disso, deve saber executar essas instruções de 
forma paralela. Vejamos exemplo da figura a seguir:
PROCESSADOR COM DOIS PIPELINES
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa em forma de bloco coloridos a estrutura de um 
processador com dois pipelines, onde cada bloco representa uma etapa no processo.
Conforme ilustrado na Figura anterior, uma estrutura superescalar é organi-
zada internamente por múltiplos pipelines e com um banco de registradores 
com várias portas de leitura (R) e escrita (W), onde várias instruções são ini-
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ciadas e terminadas a cada ciclo (MORAES, 2020). O escalonamento dessas 
instruções pode ser feito, na prática, tanto via software quanto via hardware, e 
as instruções são enviadas para execução somente quando não violam regras 
de dependência de dados de controle e quando não existem conflitos estru-
turais. Características peculiares de arquiteturas superescalares é a capacida-
de que se tem de realizar busca e decodificação de múltiplas instruções por 
ciclo e a existência de uma janela de instruções que isola os estágios de bus-
ca e decodificação dos estágios de execução propriamente dita.
A janela de instruções armazena o resultado da 
decodificação das instruções e isola o estágio de 
busca e decodificação de instruções dos estágios 
de execução propriamente dito das instruções 
(PAIXÃO, 2014).
A janela de instruções pode ser implementada de forma centralizada, deno-
minado de Central Window, ou de forma distribuída, denominada de Reser-
vation Station. Um modelo de arquitetura é ilustrado na figura a seguir:
PROCESSADOR COM DOIS PIPELINES
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa em forma de blocos a estrutura de uma arquitetura 
superescalar com janela de instruções, implementando o modelo distribuído.
De acordo com a figura anterior, em um modelo de janela de instrução de 
forma distribuída (Reservation Stations), só pode passar uma instrução por 
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ciclo para sua unidade funcional, diferente do modelo centralizado (Central 
Window), em que mais de uma instrução pode ser enviada por ciclo de clock 
para as suas diferentes unidades funcionais (Load /Store) (PATTERSON; HEN-
NESSY, 2017).
Assista a essa videoaula que mostra mais um 
conceito com aplicação prática sobre pipeline 
superescalar, que é o despacho múltiplo das 
instruções, para reforçar seus conhecimentos. 
Clique aqui e saiba mais.
A lógica de controle das implementações baseadas no modelo centralizado 
é mais complexa se comparada ao modelo distribuído, devido à necessidade 
de administrar diferentes tipos de instruções e unidades funcionais, além de 
disparar de forma simultânea mais de uma instrução para as diferentes uni-
dades funcionais.
Com relação aos registradores, cada banco de registradores é formado por 
três campos, conforme figura a seguir:
FORMATO DE UM BANCO DE REGISTRADORES
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa em uma tabela retangular com três linhas e 
três colunas representando um bloco de registradores, onde cada campo tem uma 
determinada função.
Conforme a figura anterior de um banco de registradores, temos:
busy bit:
indica se o valor armazenado está atualizado; caso esteja desatualizado 
o valor do registrador;
https://www.youtube.com/watch?v=bVR6BmWLKMg
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tag:
tem a função de apontar para a Reservation Station contendo a 
instrução mais recente que vai indicar esse valor;
Registrador:vai conter o registrador propriamente dito. Sempre que uma unidade 
funcional (Load/Store) finalizar a execução de uma operação, 
o resultado é disseminado através de um barramento global, 
denominado de CDB (Common Data Bus) tanto para o banco de 
registradores quanto para o Reservation Stations.
A partir do que foi apresentado sobre os conceitos de arquiteturas superesca-
lares, temos duas tecnologias baseadas em instruções que predominam na 
arquitetura usada para desenvolvimento de processadores: arquitetura RISC 
e a arquitetura CISC.
A tecnologia RISC (Reduced Instruction Set Computing) teve os primeiros 
chips comercializados na década de 80, tinha uma característica em que a 
arquitetura era baseada em um conjunto reduzido de instruções, evitando o 
uso de microcódigos e trabalhava apenas com instruções simplificadas, utili-
zando apenas um operando (STALLINGS, 2010).
Como vantagens das máquinas que possuem processadores baseados na ar-
quitetura RISC, podemos apontar que essas máquinas são mais baratas em 
comparação as máquinas CISC, possuem um hardware mais simples, onde 
as instruções são executadas diretamente pelo hardware e não por um pro-
grama e executam instruções de forma mais rápida porque seu método de 
codificação usa menos bits, reduzindo de forma considerável o tempo de pro-
cessamento (PATTERSON, HENNESSY, 2019).
Como desvantagens, podemos apontar que a performance desses processa-
dores depende diretamente do código desenvolvido pelo programador, pois 
códigos que trabalham com instruções reduzidas requerem que mais instru-
ções sejam executadas. Consequentemente, isso requer sistemas de memó-
ria rápida para alimentar suas instruções.
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A tecnologia CISC (Complex Instruction Set Computing):
é uma tecnologia de aplicação mais geral que ganhou força pelo fato 
de gerar a necessidade de compiladores de simples desenvolvimento, 
já que muitas instruções de máquina são realizadas pelo próprio 
processador, típicos de ambientes comerciais, que não necessitavam 
de um trabalho com extensa manipulação de números e recursos 
gráficos. Por outro lado, com o uso da tecnologia CISC, faz-se 
necessário levar em consideração todo o conjunto que compõe o 
sistema computacional, além da CPU, como tipo e velocidade de 
acesso dos discos de armazenamento, memória, sistema operacional e 
aplicativos.
A tecnologia RISC (Reduced Instruction Set Computing):
enfatizava o uso dos registradores tendo acesso limitado a memória 
apenas através das instruções do tipo load/store, fazendo com que 
o processador gastasse apenas um ciclo por instrução executada. 
Com o passar dos anos, o que se sucedeu foi uma dificuldade imensa 
em se escrever programas mais complexos utilizando-se apenas de 
instruções reduzidas, sendo necessário a implementação de novas 
instruções como as que foram necessárias para trabalharmos com 
multiprocessamento e memória virtual, como exemplos. A otimização 
das instruções em conjunto com o conceito de Pipeline resultou na 
execução das instruções em um ciclo de clock, em que o Pipeline é a 
técnica que permite a execução simultânea de estágios de instruções, 
deixando-as mais eficiente. 
Como vantagens, podemos mencionar o fato de que as instruções mais com-
plexas podem levar a códigos menores, menos instruções e, consequente-
mente, um custo menor, são microprogramados o que trazem mais flexi-
bilidade ao projeto. Em uma arquitetura CISC, muitas das instruções estão 
arquivadas e registradas no processador, o que facilita o trabalho dos progra-
madores de linguagem de máquina, disponibilizando praticamente todas as 
instruções que serão utilizadas (MACHADO, MAIA. 2013).
Como desvantagens, o fato de possuir instruções diferentes pode levar a uma 
quantidade diferente de período de clock nas execuções das instruções, tor-
nando a máquina lenta e afetando o desempenho. Além disso, nem sempre 
um menor número de instruções acarreta um menor número de bits e, por 
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ser uma arquitetura do tipo microprogramado, isso também pode acarretar 
uma possível sobrecarga de interpretação de instruções.
Assista essa videoaula e conheça as diferenças entre 
arquiteturas CISC e RISC de forma simples e direta, 
reforçando os seus conhecimentos. Clique aqui e 
saiba mais.
6.1.2 PARALELISMO
Enquanto os processadores CISC estão começando a se utilizar do conceito 
de Pipeline e da memória cache embutida, os processadores RISC já estão 
utilizando uma arquitetura mais avançada e potente, em que os modelos que 
são utilizados no mercado hoje não são mais a tecnologias CISC e RISC, e sim 
a RISC e a CRISC, que seria um híbrido entre as duas tecnologias. 
A tecnologia CRISC utiliza estruturas RISC para melhorar o desempenho com 
o objetivo de alcançar um paralelismo e, assim, poder executar um maior nú-
mero de instruções por ciclos do clock. Duas arquiteturas que implementam 
esse conceito são a Superpipeline e a Superescalar sendo que, atualmente, 
a maioria dos novos chips fabricados têm dado ênfase à abordagem da es-
trutura Superescalar, apesar de também poderem ser híbridos destas duas 
novas tecnologias, similar com a evolução do CRISC. 
Os processadores de arquitetura superpipeline atingem o paralelismo através 
do tamanho do seu pipeline, aumentando o número de instruções executa-
das por ciclo. Como é possível encontrarmos nessa arquitetura um número 
maior de instruções simultaneamente dentro do pipeline, problemas como 
interdependência entre as instruções e mudanças, trocas de dados, aumen-
tam o risco de “travar” o pipeline.
 Outra ponto causador de possível travamento é a mudança do fluxo de ins-
truções causado por interrupções ou saltos inseridos na lógica do programa, 
em que problemas como esses podem ocorrer, em tese, com qualquer pipe-
line, mas a sua probabilidade de ocorrência aumenta quando se implementa 
o conceito da arquitetura de superpipeline.
https://www.youtube.com/watch?v=dVHD2BKZklc
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Um exemplo de um processador RISC superpipeline 
é o modelo R5000 desenhado pela MIPS Computer, 
empresa integrante da Silicon Graphics), que se 
utiliza de um pipeline de oito estágios onde, no geral, 
os processadores RISC mais simples se utilizam de 
um pipeline de cinco estágios. Este pipeline mais 
longo do modelo R5500 representa uma estratégia 
de arquitetura superpipeline (RAMOS, 2019).
Uma arquitetura superescalar aumenta o nível de paralelismo por operar vá-
rios processadores que implementam pipeline separados e de forma simultâ-
nea. Esta estratégia e seus benefícios vão muito além apenas da utilização de 
processadores adicionais. Em uma arquitetura superescalar, as execuções das 
instruções ocorrem ao mesmo tempo e em todos os processadores, de forma 
sincronizada e paralela, aumentando o número de instruções executadas por 
ciclo de clock.
6.1.3 MULTICOMPUTADORES E 
MULTIPROCESSADORES
O conceito de Multiprocessadores se aplica a uma única máquina, e a co-
municação é feita através de uma memória compartilhada que possui um 
problema relacionado ao conceito de “coerência de cache”. Já o conceito de 
Multicomputadores está relacionado a máquinas independentes, a comuni-
cação é feita através de trocas de mensagens e um problema característico 
está relacionado ao roteamento de informações (STALLINGS, 2010).
A arquitetura de multiprocessadores está relacionada ao conceito de que 
múltiplas CPU’s, ou seja, dois ou mais processadores, utilizam memória com-
partilhada, alguns mecanismos de interconexão entre as CPU’s e controle úni-
co de um sistema operacional (SO). A comunicação entre processadores é um 
sistema baseado em passagem de mensagens através de memóriaslocais 
para cada processador ou uma comunicação via passagem de mensagens. 
As arquiteturas de multiprocessadores podem ser encontradas sem me-
mória cache, com memória cache ou do tipo com memória cache mais 
uma área particular de memória, conforme ilustrado na figura a seguir:
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TIPOS DE ARQUITETURAS DE MULTIPROCESSADORES
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: a imagem representa três conjuntos de blocos coloridos que representam 
modelos de arquiteturas de multiprocessadores com memória compartilhada e que 
utilizam um barramento único.
De acordo com a figura anterior, o tempo de acesos à memória compartilha-
da pode ser realizada de forma uniforme ou não uniforme e, baseada nessas 
informações, além dos tipos de fluxo de dados e de instruções, foi criada a 
Classificação de Flynn.
Segundo Flynn, o processo computacional deve ser visto como uma relação 
entre os fluxos de instruções e fluxo de dados. Um fluxo de instruções equiva-
le a uma sequência de instruções executadas em um processador sobre um 
fluxo de dados, aos quais estas instruções estão relacionadas. A Classificação 
de Flynn ficou conhecida como Taxonomia de Flynn e essa classificação foi 
dividida em quatro categorias: SISD, SIMD, MISD e MIMD.
A classificação do tipo SISD (Single Instruction, Single Data) é equivalente a 
um único processador que realiza uma sequência de instruções com o ob-
jetivo de armazenar os dados da operação em uma única memória. Essa es-
trutura tem como representante a arquitetura de Von Neumann. Um fluxo 
único das instruções é aplicado em um único conjunto de dados, conforme 
ilustrado na figura a seguir:
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ARQUITETURA DO TIPO SISD
Fonte: Autor (2022).
#pratodosverem: A figura mostra blocos quadrados representando a arquitetura do tipo 
SISD. Um bloco mais à direita da figura representando a unidade de controle, um bloco 
central pontilhado representando a unidade de processamento e, mais à esquerda, um 
bloco pontilhado representando a memória.
Na figura anterior, temos uma Unidade de Controle (UC), uma Unidade de 
Processamento (UP) e uma memória em que o tráfego de dados e informa-
ções é realizado em apenas um bloco.
Já a classificação do tipo SIMD (Single Instruction, Multiple Data) é um mode-
lo vetorial no qual a operação é realizada sobre múltiplos blocos operando de 
forma simultânea, conforme a figura a seguir:
ARQUITETURA DO TIPO SIMD
Fonte: Autor (2022).
#pratodosverem: A figura mostra blocos representando a arquitetura do tipo SIMD. Um 
bloco quadrado pontilhado a esquerda da figura representa a unidade de controle, 
interligada a um grupo de blocos empilhados no centro da figura representando as 
unidades de processamento que, por fim, estão interligados a mais um bloco pontilhado 
localizado a direita da figura, representando as posições de memória.
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Observando a imagem, o que você notou? Nessa arquitetura, uma única ins-
trução de máquina, a partir de uma UC, controla a execução simultânea de 
uma série de elementos de processamento em operações básicas, e cada um 
desses elementos processados possui uma memória de dados associada, de 
modo que cada uma dessas instruções é executada em um conjunto diferen-
te de dados por processadores (UP) diferentes.
A classificação de arquitetura do tipo MISD (Multiple Instruction, Single Data) 
tem como característica múltiplas unidades de processamento que realizam 
operações distintas sobre um mesmo conjunto de dados, conforme exempli-
ficado na figura a seguir
ARQUITETURA DO TIPO MISD
Fonte: Autor (2022).
#pratodosverem: a figura mostra blocos representando a arquitetura do tipo MISD. Vários 
blocos quadrados pontilhado a esquerda da figura representa as unidades de controle, 
interligada a um grupo de blocos empilhados no centro da figura representando as 
unidades de processamento que, por fim, estão interligados a mais um bloco pontilhado 
localizado a direita da figura, representando as posições de memória.
Na figura anterior, vemos que uma sequência de dados é transmitida para 
um conjunto de processadores (UP) através de um grupo de unidades de 
controle (UC), e cada processador executa uma sequência de instruções dife-
rentes. Isso é um tipo de estrutura que não é implementada ou encontrada 
em ambientes comerciais.
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ARQUITETURA DE COMPUTADORES
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A arquitetura MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) é caracterizada por 
um conjunto de processadores que tem a função de executar uma sequência 
de instruções diferentes, de forma simultânea e em diferentes conjuntos de 
dados, conforme apresentado na figura a seguir. Como exemplo dessa arqui-
tetura, temos os clusters e o SMP (Symmetric MultiProcessing).
As principais características de estruturas como clusters e SMP’s são:
• O uso de dois ou mais processadores;
• As unidades de processamento (UP) compartilham memória e barramento 
e o tempo de acesso é praticamente igual entre elas;
• Os dispositivos de E/S também são compartilhados;
• Os UP’s executam as mesmas funções, mantendo uma simetria no processo;
• O SO (Sistema Operacional) é o responsável por permitir a integração nessas 
arquiteturas, entre processos, arquivos e dados (STALLINGS, 2010).
ARQUITETURA DO TIPO MIMD
Fonte: Autor (2022).
#pratodosverem: A figura mostra blocos representando a arquitetura do tipo MIMD. 
Vários blocos quadrados pontilhados à esquerda representam as unidades de controle, 
interligados a um grupo de blocos empilhados no centro da figura representando as 
unidades de processamento. Ambos, por fim, estão conectados individualmente a mais 
um bloco pontilhado localizado à direita, representando blocos de memória.
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ARQUITETURA DE COMPUTADORES
Conforme podemos acompanhar na figura anterior, uma arquitetura MIMD 
é empregada por multiprocessadores (UP) nos quais diversas instruções são 
executadas por diversos conjuntos de dados que usam distintas UP’s contro-
ladas por unidades de controle (UC ‘s) de forma individual e independente.
Com a arquitetura MIMD, as unidades de processamento são de uso geral; 
cada uma executa suas instruções a fim de processar seus dados associados. 
A arquitetura MIND também pode ser dividida de acordo com a comunica-
ção de seu processador: se os processadores compartilham uma memória 
em comum, isso significa que esses processadores acessam dados armaze-
nados nessa memória de forma compartilhada e por um mesmo barramento. 
O exemplo mais comum dessa comunicação é o multiprocessador simétrico 
SMP’s (Symmetric MultiProcessing).
Assista essa videoaula e conheça mais sobre a 
Taxonomia de Flynn e sua importância e relevância 
para a classificação das diversas arquiteturas 
computacionais. Clique aqui e saiba mais.
Já a arquitetura de Multicomputadores está relacionada a diversos compu-
tadores fortemente acoplados, sem a implementação do conceito de memó-
ria compartilhada, motivados pelo fato de compartilhamento de recursos e 
troca de informações através de uma rede. A interconexão entre esses com-
putadores que normalmente estarão em agrupamentos denominados de 
nodes será feita por topologias de redes locais: as topologias estrela e a gra-
de (ou malha) são exemplos de interconexão entre essas redes locais. Uma 
topologia do tipo estrela é mostrada na figura a seguir:
https://www.youtube.com/watch?v=MVvhJNRAZsI
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TOPOLOGIA DE REDE LOCAL DO TIPO ESTRELA
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: A figura mostra quatro nodes compostos cada um por três blocos 
representando uma unidade de processamento, todos interconectados entre si através de 
um bloco central denominado de switch.
Conforme a figura anterior, a topologia tem como principal característica a 
presença de um equipamento central concentrador, que tem a função de in-
terconectar os nodes entre si. Esse comutador de rede que é a figura central 
de uma rede local estrela é denominado de switch.
6.2 MICROCONTROLADORES E 
MICROPROCESSADORES: QUAL A DIFERENÇA?
Nesta unidade, aprenderemos sobre os conceitos de microcontroladores e 
microprocessadores, os principais processadores e em quais arquiteturas po-
demos encontrá-los no mercado, as definições, diferenças e aplicações para 
sistemas baseados em microcontroladores e quais os principais microcontro-
ladores usados em práticas de circuitos digitais.
6.2.1 TÓPICOS AVANÇADOS: PRINCIPAIS 
PROCESSADORES
Hoje, os principais processadores são encontrados na arquitetura do tipo 
MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) pois representa grande parte das 
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estruturas encontradas hoje em operação devido ao avanço tecnológico e ao 
grande volume de processamento que os recursos tecnológicos necessitam. 
Veja o fluxo a seguir:
TIPOS DE ESTRUTURAS BASEADAS NA ARQUITETURA MIMD
Fonte: elaborada pelo autor (2022).
#pratodosverem: estrutura em forma de fluxograma que mostra os tipos de estruturas 
encontradas no mercado, baseadas na arquitetura MIMD.
Arquiteturas do tipo UMA (Uniform Memory Access), NUMA (Nonuniform Me-
mory Access) e COMA (Cache Only Memory Architecture) são arquiteturas 
baseadas em multiprocessadores, caracterizadas pela execução simultânea 
de vários fluxos de instruções. A diferença entre as diversas arquitetura MIMD 
é feita pelo tipo de organização da memória principal, memória cache e a 
rede de interconexão entre eles (PATTERSON; HENNESSY. 2017).
A arquitetura UMA é uma arquitetura que possui uma única memória global, 
com tempo de acesso uniforme para todos os processadores. Essa arquitetura 
possui um número reduzido de processadores e também possui implemen-
tada a coerência de cache via hardware, que irá garantir que várias cópias de 
um mesmo dado podem ser manipuladas de forma simultânea nas memó-
rias caches de cada processador. A forma de interconexão mais comum nesse 
modelo de arquitetura é com memória e barramentos únicos, que acabam 
sendo o gargalo desse sistema devido a limitação na transferência de dados, 
conforme ilustrado na figura a seguir:
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ARQUITETURA UMA
Fonte: Autor (2022).
#pratodosverem: A figura mostra quatro blocos coloridos interligados a um bloco 
retangular amarelo e outro vermelho, via uma reta que representa o barramento do 
sistema. 
Na arquitetura UMA, a memória cache de cada 
processador são utilizadas para esconder a latência 
no acesso à memória principal e para diminuir o 
tráfego no barramento. (PAIXÃO, 2014)
A arquitetura NUMA é caracterizada por ter um grupo de processadores in-
terligados por um mecanismo de interconexão de alta velocidade, com tem-
pos de acesso não uniformes, ou seja, o tempo varia de acordo com a pro-
ximidade entre o processador que faz a solicitação de acesso, e a memória 
que possui o dado armazenado dessa solicitação. Geralmente, nesse tipo de 
multiprocessadores, a memória é distribuída e implementada por múltiplos 
módulos, e cada processador está associado a um módulo de memória, con-
forme ilustrado na Figura a seguir:
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ARQUITETURA DE COMPUTADORES
ARQUITETURA NUMA
Fonte: Autor (2022).
#pratodosverem: A figura mostra quatro blocos coloridos interligados a quatro blocos 
retangulares amarelo e outro vermelho, via uma reta que representa o barramento do 
sistema. 
As máquinas de arquitetura NUMA são mais rápidas do que as máquinas 
de arquitetura UMA, mas a penalidade pela falta no acesso remoto pode ser 
muito superior em certas aplicações, se a largura de banda disponível para a 
comunicação via barramento estiver comprometida.
A arquitetura COMA é uma arquitetura semelhante a arquitetura NUMA, 
mas baseada em memórias cache de alta capacidade e desempenho, que 
garantem a coerência de cache via hardware devido a atualização simultânea 
em múltiplos nodes dos dados alterados.
Assista essa videoaula e conheça mais sobre o 
conceito e aplicações de multiprocessadores para 
reforçar os conhecimentos adquiridos até aqui. 
Clique aqui e saiba mais.
https://www.youtube.com/watch?v=BwB8K84YRQw
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6.2.2 MICROCONTROLADORES
Um microcontrolador é um microprocessador especial destinado ao controle 
de processos. Dentro de um microcontrolador, já encontramos vários perifé-
ricos como processador, memória, temporizadores, portas seriais e paralelas, 
conversores A/D (analógico/digital), entre outros, dependendo unicamente 
apenas de uma fonte de alimentação externa para seu funcionamento. Pode-
mos afirmar que os microcontroladores são computadores funcionando em 
um único circuito integrado, que diferem dos demais sistemas tradicionais 
por já possuírem, de forma integrada, os seus periféricos dentro de sua pró-
pria estrutura. Essa integração é uma das grandes vantagens dos microcon-
troladores porque, ao conter todos esses periféricos em uma única estrutura, 
sua utilização é mais rentável, fácil e de rápida implementação para soluções.
Sistemas microcontrolados:
são mais fácies de serem fabricados e produzidos devido a simples 
implementação do mesmo em placas de circuito, diminuindo o custo 
por componentes e com a produção.
Exemplos:
podemos citar o microcontrolador 8051 e o PIC como os modelos mais 
usados em práticas de laboratório no ambiente acadêmico, devido 
as instruções serem reduzidas e de fácil aprendizado e aplicações. 
Os microcontroladores são utilizados em praticamente todos os 
dispositivos eletrônicos digitais como centrais de alarme, teclados 
do computador, monitores, discos rígidos de computador, relógio de 
pulso, máquinas de lavar, smartphones, rádios, televisores, automóveis, 
aviões, impressoras, calculadores científicas, etc. 
Microcontroladores também são muito utilizados na indústria, como por 
exemplo nos controladores de processos, sensores inteligentes, inversores, in-
terfaces homem máquina, entre outros (STALLINGS, 2010).
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Assista essa videoaula e aprenda de uma forma 
genérica como funcionam os microcontroladores 
para reforçar os conhecimentos adquiridos até 
aqui. Clique aqui e saiba mais.
6.2.3 MICROPROCESSADORES
Um microprocessador é um circuito integrado que contém milhares de 
transistores que juntos trabalham para manipular e armazenar dados, de 
modo que um microprocessador possa executar uma grande quantidade de 
instruções específicas. Essas instruções específicas executadas por um mi-
croprocessador são organizadas e acionadas via software. Um microproces-
sador, diferente de um microcontrolador, precisa de outros periféricos para 
poder funcionar, como memória RAM, temporizadores, dispositivos de entra-
da/saída (I/O), entre outros. Um microcontrolador já possui todos esses recur-
sos integrados em um único chip e tanto um microcontrolador quanto um 
microprocessador, possuem uma ULA (Unidade Lógica e Aritmética) em sua 
estrutura, mas a ULA de um microprocessador convencional é bem maispo-
derosa e robusta se compararmos com a ULA de um microcontrolador.
https://www.youtube.com/watch?v=4YYA0AZy6NI
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CONCLUSÃO
Nesta unidade, você aprendeu sobre as arquiteturas superescalares e super-
pipeline baseadas em multiprocessadores, aprendeu os conceitos e aplica-
ções práticas do conceito de paralelismo dentro do uso das tecnologias RISC 
e CISC voltadas para desenvolvimento de processadores.
Aprendeu também o uso da Taxonomia de Flynn para a classificação das dife-
rentes arquiteturas de sistemas baseados em multiprocessadores, a diferença 
entre microcontroladores e microprocessadores e suas aplicações dentro dos 
sistemas de circuitos digitais.
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Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017
REFERÊNCIAS 
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ARQUITETURA DE COMPUTADORES
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grada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788536531595. Acesso
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	Sistema numérico
	Função E (AND): representação de circuito eletrônico com chaves
	Função E (AND): simbologia e tabela verdade
	Função OU (OR): representação DE circuito eletrônico com chaves
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	FUNÇÃO NÃO (NOT): Representação DE circuito eletrônico com chaves 
	Função NÃO (NOT): simbologia e tabela verdade
	Estrutura genérica de um circuito sequencial
	Sistema-base de um computador
	Funções básicas de um sistema computacional
	Tipos de operações em um sistema computacional
	Modelo computacional de Von Neumann
	Modelo computacional de Harvard
	 Características de algumas portas lógicas básicas
	Função OU EXCLUSIVA a partir de portas lógicas E (AND) e OU (OR)
	Circuito lógico formado por portas E / OU e sua função de saídas
	Estrutura de um computador
	Elementos de um processador (CPU)
	ULA – Modelo simplificado
	Barramentos do sistema
	Elementos de uma unidade de controle
	Modelo de uma Unidade de Controle de um processador
	Registrador de flags
	Tipos de barramentos de um sistema computacional
	Controladora de comunicação de dispositivos de entrada e saída (E/S)
	Ciclo de instrução em um processador
	Ciclo indireto de instrução
	Fluxo de dados na etapa de busca
	Tipos de transferência de dados de um barramento
	Transferência de dados: operação de leitura/escrita
	Transferência de dados em bloco
	Figura 1 – Hierarquia de memória
	Figura 2 – Acesso e endereçamento de memória
	Figura 3 – Estrutura interna de uma memória SRAM
	Figura 4 – Memória cache em um sistema computacional
	Figura 5 – Registrador de flags
	Processador com dois pipelines
	Processador com dois pipelines
	Formato de um banco de registradores
	Tipos de Arquiteturas de multiprocessadores
	Arquitetura do tipo SISD
	Arquitetura do tipo SIMD
	Arquitetura do tipo MISD
	Arquitetura do tipo MIMD
	Topologia de rede local do tipo estrela
	Tipos de estruturas baseadas na arquitetura MIMD
	Arquitetura UMA
	Arquitetura NUMA
	Tabela de conversão entre sistemas numéricos
	Tabela de conversão entre sistemas numéricos
	Formato das instruções de um processador
	Operação do pipeline em uma instrução
	Desvio condicional atuando na operação do pipeline em uma instrução
	Quadro 1 – Texto do recurso (atividade)
	Apresentação da disciplina
	1. SISTEMAS NUMÉRICOS E A REPRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO
	INTRODUÇÃO DA UNIDADE
	1.1 Sistemas Numéricos
	1.2 Elementos básicos de um computador
	2. ARQUITETURA VERSUS ORGANIZAÇÃO
	INTRODUÇÃO DA UNIDADE
	2.1 O computador como uma máquina sequencial
	2.2 Estrutura de um computador
	3. OS COMPONENTES BÁSICOS DE UM COMPUTADOR
	INTRODUÇÃO DA UNIDADE
	3.1 Os componentes básicos de um computador
	3.2 Mecanismos de interrupção e de exceção
	4. CICLOS DE INSTRUÇÃO DE UM PROCESSADOR
	INTRODUÇÃO 
	4.1 OS SUBCICLOS DE BUSCA (FETCH)
	4.2 INTERCONEXÕES E BARRAMENTOS
	5. HIERARQUIA DE MEMÓRIA
	INTRODUÇÃO 
	5.1 Organização da memória
	5.2 Classificação de memória
	6. PARALELISMO, MICROCONTROLADORES E ARQUITETURAS PARALELAS
	INTRODUÇÃO DA UNIDADE
	6.1 Processadores Superescalares e Superpipeline
	6.2 Microcontroladores e Microprocessadores: qual a diferença?