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Arquitetura multinível

 

  • Visão geral

    • Máquina multinível
      • computador construído em níveis com abstrações de objetos e operações em cada nível para a redução da complexidade;
      • cada nível agrega novas instruções àqueles fornecidas por níveis inferiores que são traduzidas ou interpretadas para o nível N-1;
    • Arquitetura
      • tipos de dados, operações e características de cada nível;
    • Programador de sistema
      • especializado no projeto de níveis de máquina, bem como nos níveis 1, 2 e 3;
    • Programador de aplicações
      • especializado na resolução de problemas do cotidiano, bem como nos níveis 4 e 5;
    • Linguagem numérica
      • linguagem formada por uma série (sequência) de números, voltada para as máquinas, como nos níveis 1, 2 e 3;
    • Linguagem não-numérica
      • linguagem formada por palavras e abreviações, voltada para as pessoas, como nos níveis 4 e 5;
    • Execução de um programa
      • programas escritos na linguagem do nível N são traduzidos ou interpretados para o nível N-1;
  • Máquina multinível
    • Nível 5 → linguagens orientadas a solução de problemas (C, Java, etc);
      • Tradução por compilador;
    • Nível 4 → linguagem de montagem (assembly);
      • Tradução por montador (assembler);
    • Nível 3 → sistema operacional (escalonamento para multitarefa);
      • Interpretação parcial;
    • Nível 2 → arquitetura do conjunto de instruções (ISA) da CPU;
      • Interpretação (microprograma – CISC) ou execução direta (circuitos de execução em hardware – RISC);
    • Nível 1 → microarquitetura (circuitos digitais);
      • Hardware;
    • Nível 0 → lógica digital (portas lógicas implementadas por chips);
  • Arquiteturas da Máquina multinível

    • Nível 5Linguagem de programação
      • modelo afastado do nível de máquina, linguagem de alto nível;
      • estruturadas de forma a melhor refletir os processos humanos de solução de problemas;
      • conjunto de instruções mais conveniente para pessoas usarem;
    • Nível 4Linguagem de montagem ou simbólica (assembly)
      • modelo centrado no computador, dependente da arquitetura da máquina e do processador;
      • associação de um mnemônico (MOV, ADD, …) ao respectivo código da operação (opcode) do processador (arquitetura) alvo;
      • relação de 1 para 1 entre o código programado e as instruções resultantes (linguagem de máquina);
      • os endereços reais em memória (localização dos operandos) são indicados referências simbólicas (nome, label);
      • Diretivas (não são instruções) → orientam o montador quanto a alocação das instruções em segmento de código (.text), de dados (.data), etc;
      • Linguagem de máquina → linguagem de computador primitiva que é diretamente e individualmente executada pelos circuitos do processador;
      • Meta-assembler → uma linguagem para montagem traduzível para distintas arquiteturas (linguagens de máquina);
    • Nível 3Sistema operacional;
      • implementação de memória virtual em que a memória endereçada pelo programa de computador é traduzida para o endereço real de memória;
      • implementação de escalonador para a execução simultânea de programas (multitarefa);
      • Comportamento híbrido
        • instruções recebidas em linguagem de máquina (instruções idênticas ao Nível 2) são repassadas diretamente pelo Nível 2;
        • fornece novas instruções (chamadas do sistema) que são interpretadas para a linguagem de máquina para serem executadas pelo Nível 2;
    • Nível 2Arquitetura do conjunto de instruções (ISA) da CPU;
      • conjunto de instruções embutidas no processador, ou seja, aquelas que ele pode executar, formam a sua linguagem de máquina;
    • Nível 1Microarquitetura (circuitos digitais);
      • a ULA opera os registradores por meio do caminho de dados;
      • o caminho de dados pode ser controlado por um microprograma (interpretador) ou diretamente por hardware;
    • Nível 0Lógica digital (portas lógicas implementadas por chips);
      • as portas podem ser combinadas para formar uma memória de 1 bit;
      • as memórias de 1 bit podem ser combinadas em grupos para formar registradores;

 

 

 

 

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