Arquitetura de Computadores · 1.Introdução •“Arquitetura de computadores é a estrutura e a organização dos hardwares e se refere ao funcionamento interno do computador,

1.Introdução

• O computador ou dispositivo é capaz de executar uma sequência de instruções definidas pelo homem para gerar um determinado resultado, o qual atenda a uma necessidade específica (ex.: realizar cálculos, gerar relatórios,rodar um jogo).

• O computador ou um smartphone é feito por partes físicas (HARDWARE) e a parte lógica (SOFTWARE).

• Dentro da disciplina de Arquitetura de Computadores iremos estudar a parte física do computador, ou seja, os componentes de Hardware.

1.Introdução

• “Arquitetura de computadores é a estrutura e a organização dos hardwares e se refere ao funcionamento interno do computador, como está organizado e arranjado a parte não vista pelo usuário de computador.” (Wikipedia)

1.Introdução

• Entendemos que computador é qualquer tipo de dispositivo capaz de receber uma entrada e que retorna uma saída após realizar uma série de operações com base nos valores recebidos e armazenados.

Entrada Processamento Saída

1.Introdução

• Existem vários tipos de computadores. Uma das formas de classificá-los é por meio das seguintes categorias:

• Desktop: Computadores de baixo-custo e com desempenho razoável para um usuário "comum".

• Servidor: Máquinas projetadas para ter um desempenho considerado bom para uma aplicação muito grande e complexa ou então para um número muito grande de operações mais simples. Alguns servidores são simples computadores de Desktop melhorados. Entretanto, existem também aqueles que possuem arquiteturas muito mais sofisticadas que contam com dezenas ou até mesmo centenas de processadores.

1.Introdução

• Sistemas Embarcados: Possuem um uso dedicado à uma única tarefa e normalmente vem embutidos em outros aparelhos como celulares, microondas, elevadores ou veículos. Possuem uma Entrada/Saída muito simples.

• Os princípios estudados em Arquitetura de Computadores são fundamentais para se projetar máquinas realmente eficientes.

2. Camadas de Abstração

Transistores, Tensão e Corrente Elétrica

Portas Lógicas

Registradores e Unidades Lógicas Aritméticas

Controle de Hardware

Linguagem de Máquina

Linguagem de Alto Nível

Usuário

3. História do Computador

• As máquinas sempre foram criadas para ajudar o homem em uma determinada tarefa.

• Desde o Ábaco até os super celulares da moda, todos eles fazem alguma coisa solicitada pelo usuário.

• O ENIAC (Eletronic Numeric Integrator and Calculator) é considerado o primeiro computador eletrônico digital.

• Foi desenvolvido pelo exército americano em meados da Segunda Guerra Mundial.


• Desde o ENIAC até os dias atuais, toda essa evolução dos computadores é dividida em seis gerações.


• Não existia programação ou linguagem de programação.

• Cada máquina possuía seu próprio código e, para novas funções, era necessário reprogramar completamente o computador.

• Eram enormes e pesavam toneladas, consumiam bastante energia e superaqueciam demais.

• Eles utilizavam grandes válvulas elétricas, que permitiam amplificação e troca de sinais, por meio de pulsos.

Primeira Geração (anos 40 e 50)



• Elas funcionavam de maneira correlata a uma placa de circuitos, sendo que cada válvula acesa ou apagada representava uma instrução à máquina.

• Com poucas horas de utilização, essas válvulas eram queimadas e demandavam substituição. Por isso, a cada ano eram trocadas cerca de 19 mil delas em cada máquina. Por causa disso possuíam um custo elevado.




• A principal necessidade era substituir as válvulas elétricas por uma nova tecnologia que permitisse um armazenamento mais discreto e não fosse tão responsável pela geração de calor excessivo, evitando superaquecimentos.

• Foi então que os transistores (criados em 1947 pela empresa Bell Laboratories) passaram a integrar os painéis das máquinas de computar.

Segunda Geração (anos 50 e 60)



• Os componentes eram criados a partir de materiais sólidos conhecidos como “Silício”. Os materiais utilizados até hoje em placas e outros componentes.

• As dimensões desses componentes eram bastante reduzidas, tornando os computadores da segunda geração cem vezes menores do que os da primeira.




• Além disso, os novos computadores também surgiram mais econômicos, tanto em questões de consumo energético, quanto em preços de peças.

• Os computadores desta geração já calculavam em microssegundos (milionésimos) e eram programados em linguagem montadora, Assembly.



• Os transistores foram substituídos pela tecnologia de circuitos integrados (associação de transistores em pequena placa de silício).

• Além deles, outros componentes eletrônicos foram miniaturizados e montados num único CHIP, que já calculavam em nanossegundos (bilionésimos).

Terceira Geração (anos 60 e 70)



• Os computadores com o CI (Circuito Integrado) são muito mais confiáveis, bem menores, tornando os equipamentos mais compactos e rápidos, pela proximidade dos circuitos; possuem baixíssimo consumo de energia e menor custo.

• Nesta geração surge a linguagem de alto nível,os teclados para digitação de comandos e monitores permitiam a visualização de sistemas operacionais muito primitivos.




• Os computadores da quarta geração foram os primeiros a serem chamados de “microcomputadores” ou “micros”.

• Esse nome se deve ao fato de eles pesarem menos de 20 kg.

• O surgimento dos pequenos chips de controle e processamento, microprocessadores, tornou a informática muito mais acessível, além de oferecer uma enorme gama de novas possibilidades para os usuários.

Quarta Geração (anos 70 e 80)



• Surgimento do computadores pessoais (PC)

• Nessa geração podemos ver a disputa de mercado em relação aos computadores pessoais (PCs) entre a Microsoft e Apple.

• O grande avanço apresentado era a utilização de interface gráfica para alguns softwares. Também era possível utilizar processadores de texto, planilhas eletrônicas e bancos de dados.




• A Apple foi responsável pela inauguração dos mouses na computação pessoal, juntamente com os sistemas operacionais gráficos, como o Macintosh.

• Pouco depois a Microsoft lançou a primeira versão do Windows, bastante parecida com o sistema da rival.




• A quinta geração surge com o advento da Internet.

• E cada vez mais o poder de processamento de um computador evolui passando a transmitir efeitos gráficos cada vez mais reais.

• Dentro da quinta geração podemos citar a robótica, a inteligência artificial, os supercomputadores.

Quinta Geração (anos 90 até hoje)





• A sexta geração ainda está sendo feita, ou estamos vivendo nela.

• Constitui essa geração todo “boom” tecnológico com o advento das redes sociais juntamente com o surgimento dos smartphones.

• Desde a quinta geração a Internet vem participando cada vez mais do processo de evolução dos computadores que hoje chamamos de dispositivos.

Sexta Geração (atualidade)




4. Arquitetura de Von Neumann

• John Von Neumann foi um matemático natural da Hungria que viveu a maior parte de sua vida nos Estados Unidos.

• Contribuiu de forma significativa para a evolução dos computadores. Suas contribuições perduram até os dias atuais, sendo que a principal delas foi a construção de um computador sequencial binário de programa armazenado.


• O modelo de arquitetura de computadores conhecido como Modelo de Von Neumann é uma forma de organização genérica dos componentes de um sistema computacional digital.

• Esse modelo de arquitetura de computador digital proposto por Von Neumann está baseado em três premissas ou características básicas:

• a) os dados e as instruções ficam armazenadas no mesmo espaço de memória;


• b) cada espaço de memória possui um endereço, o qual será utilizado para identificar a posição de um determinado conteúdo;

• c) as instruções são executadas de forma sequencial.

• A arquitetura de um computador proposta por esse modelo é composta basicamente por:


• A) MEMÓRIA:

• Armazenar programas e dados representados por 0 e 1

• B) UNIDADE ARITMÉTICA E LÓGICA:

• Executar operações indicadas pelas instruções de um programa.

• C) UNIDADE DE CONTROLE:

• Buscar um programa na memória, instrução por instrução e executá-lo

• D) ENTRADA e SAÍDA:

• Auxiliar a integração entre máquina e usuário


• Vale ressaltar que a proposta inicial de Von Neumann ainda vem sendo utilizada, mas não em seu formato original, pois muitas melhorias foram realizadas visando obter uma máquina com desempenho cada vez mais elevado, como é o caso das arquiteturas paralelas, que replicam alguns elementos da arquitetura básica de Neumann.


• Todos os componentes existentes no modelo de Von Neumann são conectados por barramentos.

• E todos esses itens constituem o hardware de um computador (seu conjunto de componentes físicos), os quais são agrupados em módulos específicos, constituindo a estrutura básica de um computador.



• a) CPU:

• sigla representativa de Unidade Central de Processamento.

• Podemos dizer que se trata do componente principal do computador. Algumas pessoas chamam de processador ou microprocessador.

• É responsável pela execução de dados e instruções armazenadas em memória (código de programas e dados);


• b) Memória:

• existem diversos tipos de memória em um computador (ex.: RAM (principal), ROM, cache, registradores), mas existe uma delas denominada memória principal, a qual é indispensável.

• A memória principal é tão importante quanto a CPU, pois sem ela não seria possível disponibilizar os programas e seus dados para o processamento.

• Portanto, a memória é responsável por armazenar todos os programas que executam no computador e os dados que utilizam;


• c) Dispositivos de Entrada e Saída (E/S):

• são dispositivos responsáveis pelas entradas e saídas de dados, ou seja, pelas interações entre o computador e o mundo externo (usuários).

• Dispositivos de Entrada: mouse, teclado, scanner, microfone, webcam, leitor de código de barra, leitor de digital...

• Dispositivos de Saída: monitor, impressora, fone de ouvido, caixa de som, data show...


• d) Barramento:

• é responsável por interligar todos os componentes listados acima.

• Trata-se de uma via de comunicação composta por diversos fios ou condutores elétricos por onde circulam os dados manipulados pelo computador.

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