Cap 1 - Introdução_máquina Multinível-linguagem.pdf 44512v

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Organização Estruturada de Computadores

Linguagens, níveis, máquinas reais, máquinas multiníveis contemporâneas, evolução de máquinas multiníveis

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Organização Estruturada de Computadores • Programa: uma sequência de instruções que descreve como realizar uma tarefa. •

Os circuitos lógicos de cada computador podem reconhecer e executar diretamente um conjunto de instruções simples.

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Instruções básicas podem ser: – Somar dois números; – Verificar um número para ver se ele é zero; – Copiar dados de uma parte da memória do computador para outra.

Para que um programa possa ser executado, todos, devem ser convertidos em instruções.

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Linguagens, níveis e máquinas reais •

Problemática: as instruções primitivas de um computador formam uma linguagem com a qual as pessoas podem se comunicar com ele – a linguagem de máquina. – “as pessoas querem fazer X, mas os computadores só podem fazer Y”. A solução é projetar um conjunto de instruções conveniente para as pessoas, e outro conjunto de instruções para as máquinas. Logo, teremos uma linguagem para as pessoas denominada L1 e outra linguagem para os computadores denominadas L0. Agora, como fazer para que os computadores entendam as pessoas? Eu posso utilizar duas linguagens?

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Linguagens, níveis e máquinas reais Método de Execução de Programas •

Tradução: é o método para executar um programa escrito em L1 onde, primeiro, cada instrução de L1 deve ser substituída no programa por uma sequência equivalente de instruções em L0. Então, o computador executa o novo programa L0 em vez do antigo programa L1.

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Interpretação: é o método de escrever um programa em L0 que considera programas em L1 como dados de entrada. A execução ocorre examinando cada instrução de L1 por vez interpretando-a imediatamente na sequência equivalente de instruções L0. Essa técnica não requer a geração prévia de um novo programa em L0, sendo possível através de um programa chamado de interpretador.

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Linguagens, níveis e máquinas reais Máquina Virtual ou Computador Hipotético

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Se fosse barato o suficiente a construção de máquinas reais com linguagem L1, não seria preciso de forma alguma ter linguagens L0 ou máquinas para execução de programas em L0. As pessoas poderiam simplesmente escrever seus programas em L1 e fazer com que o computador os executasse diretamente.

Máquina Virtual

é uma “máquina real” com linguagem própria, por exemplo L1. Que pode ter o seu programa escrito em L1, traduzido ou interpretado, por um programa escrito em L0 que, por si só, consegue ser executado diretamente pelo computador real.

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Linguagens, níveis e máquinas reais Máquina Virtual ou Computador hipotético

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Linguagens, níveis e máquinas reais Máquina Multinível ou Multicamadas

A invenção de toda uma série de linguagens, cada uma mais conveniente que suas antecessoras, pode prosseguir indefinidamente, até que, por fim, se chegue a uma adequada. Cada linguagem usa sua antecessora como base, portanto, podemos considerar um computador que use essa técnica com uma série de camadas ou níveis.

Nível = Camada = Máquina Virtual

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Máquinas Multiníveis Contemporâneas

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Máquinas Multiníveis Contemporâneas • Nível lógico digital (0):

utiliza as “portas” ou “gates” para a construção dos circuitos digitais, sendo estas modeladas com precisão como dispositivos digitais. Cada porta tem uma ou mais entradas digitais e calcula como saída alguma função simples dessas entradas, como AND (E) ou OR (OU).

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Máquinas Multiníveis Contemporâneas • Nível de Microarquitetura (1): temos, em geral, uma coleção de 8 a 32 registradores que formam uma memória local e um circuito chamado ULA – Unidade Lógica e Artimética. Os registradores estão conectados à ULA para formar um caminho de dados. – A operação do caminho de dados pode ser controlada por um programa/software ou diretamente pelo hardware (circuitos lógicos). • Em máquinas com controle do caminho de dados por software, o microprograma é um interpretador para as instruções no nível 2. Ele busca, examina e executa instruções uma por vez. – Por exemplo: para uma instrução ADD, a instrução seria buscada, seus operandos localizados e trazidos para registradores, a soma calculada pela ULA e, por fim, o resultado retornado para o local a que pertence. • Em máquina com controle do caminho de dados pelo hardware, haveria etapas semelhantes mas sem um programa armazenado explícito para controlar a interpretação das instruções desse nível.

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Máquinas Multiníveis Contemporâneas • Nível de Arquitetura do Conjunto de Instrução ou ISA (2): os fabricantes publicam um manual para cada computador que vendem, intitulado “Manual de Referência da Linguagem de Máquina” ou algo semelhante. Esses manuais referem-se ao nível ISA e não aos subjacentes.

Quando explicam o conjunto de instruções

de máquina, na verdade estão descrevendo as instruções executadas de modo interpretativo pelo microprograma ou circuitos de execução do hardware.

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Máquinas Multiníveis Contemporâneas • Nível de Máquina do Sistema Operacional (3):

nível normalmente híbrido. A maior parte das instruções em sua linguagem também está no nível ISA (2). Além disso, há um conjunto

de novas instruções, uma organização de memória diferente, a capacidade de executar dois ou mais programas simultaneamente e diversos outros recursos. •

Existe mais variação neste nível do que entre aqueles no nível 1 e nível 2. As novas facilidades do nível 3 são executadas por um interpretador

rodando no nível 2, o qual, historicamente, tem sido chamado de sistema operacional. Algumas instruções de nível 3 são interpretadas pelo sistema operacional e algumas o são diretamente pelo microprograma, por isso que chamamos de nível híbrido.

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Máquinas Multiníveis Contemporâneas • Nível de Linguagem Assembly (4): esse nível fornece um método para as pessoas escreverem programas para os níveis 1, 2 e 3 em uma forma eu não seja tão desagradável quanto às linguagens de máquina virtual em si.

Programas em linguagem de montagem são primeiro traduzidos para linguagem de nível 1, 2 e 3, e em seguida interpretados pela máquina virtual ou real adequada. O programa que realiza a tradução é denominado

assembler.

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Máquinas Multiníveis Contemporâneas • Nível de Linguagem Orientada a Problemas (5): consiste em linguagens projetadas para ser usadas por programadores de aplicações que tenham um problema a resolver. Essas linguagens costumam ser denominadas linguagens de alto nível. Por exemplo: C, C++, Java, Perl, Python e PHP.

Programas escritos nessas linguagens, em geral, são traduzidos para o nível 3 ou nível 4 por tradutores conhecidos como compiladores, embora às vezes sejam interpretados, em vez de traduzidos.

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• Exercícios de aprendizagem • AVA da Femass