Aula_3 - revisada copia.pdf

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    10-Jul-2016

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<ul><li><p>1/11 </p><p>Arquitetura de Computadores </p><p>Jos Filho </p></li><li><p>2/11 </p><p>Sistemas Computacionais </p></li><li><p>3/11 </p><p>Sistemas Computacionais </p></li><li><p>4/11 </p><p>Estudo de Sistemas (Computacionais) </p><p> Os sistemas (incluindo os computacionais) so extremamente complexos se forem estudados em </p><p>todos seus detalhes SOLUO Diferentes nveis de ABSTRAO </p><p> Abstrao: distino entre as propriedades externas de um componente e os detalhes internos de sua </p><p>construo. Exemplo: </p><p> Utilizamos dispositivos eltricos sem entender a sua tecnologia </p><p> Beneficiamo-nos de servios de terceiros sem conhecer com detalhes suas atividades </p><p> Ubiquidade um desejo ainda no atingido para sistemas computacionais </p></li><li><p>5/11 </p><p>Introduo a Organizao de Computadores </p><p> Campo com mudanas rpidas: Tubo de vcuo transistor CI VLSI </p><p> Dobrando a cada 1,5 anos: Capacidade de memria </p><p> Velocidade do processador </p><p> Lei de Moore </p><p> Algumas Coisas que sero aprendidas: Como computadores funcionam: fundamentao bsica </p><p> Como analisar seus desempenhos (ou como no fazer isso!) </p><p> Questes que influenciam computadores recentes (caches, pipelines) </p><p> Por que aprender isso? Voc quer ser um cientista da computao </p><p> Voc quer construir softwares (necessidade de desempenho) </p><p> Voc precisa tomar decises ou oferecer expertise na rea </p></li><li><p>6/11 </p><p>O que um Computador? </p><p> Componentes: </p><p> Entrada (mouse, teclado, USB) </p><p> Sada (monitor, impressora) </p><p> Memria (disk drives, DRAM, SRAM, CD, DVD, flash memory) </p><p> Rede </p><p> Foco inicial: o processador (controle e via de dados) </p><p> Implementado usando milhes de transistores </p><p> Impossvel entender olhando cada transistor </p><p> Precisamos de... </p></li><li><p>7/11 </p><p>Abstrao </p><p> Removendo camadas temos mais informao </p><p> Uma abstrao omite detalhes desnecessrios, </p><p>ajudando a reduzir a </p><p>complexidade </p><p> Quais detalhes nos parecem familiares nessas </p><p>abstraes ao lado? </p></li><li><p>8/11 </p><p>Instruction Set Architecture </p><p> Instruction Set Architecture = Conjunto de Instrues </p><p> Uma abstrao muito importante Interface entre nvel de hardware e software de baixo nvel </p><p> Padroniza instrues, padres de bits da linguagem de mquina, etc. </p><p> Vantagem: Implementaes diferentes da mesma arquitetura </p><p> Desvantagem: As vezes dificulta o uso de novas invenes </p><p> Conjunto de Instrues relativamente recentes: 80x86/Pentium/K6, PowerPC, DEC Alpha, MIPS, SPARC, HP </p><p>VEREMOS EM PRXIMAS AULAS </p></li><li><p>9/11 </p><p>Arquitetura Bsica dos Computadores Atuais </p></li><li><p>10/11 </p><p>Mas Nem Sempre Foi Assim... </p><p> De onde surgiram os computadores atuais? </p><p> J ouviu falar em baco e hollerith? </p><p> baco </p><p> Original do oriente mdio </p><p> Calculador decimal manual </p><p> Herman Hollerith (1860-1929) </p><p> Funcionrio do Departamento de Recenseamento dos Estados Unidos </p><p> Construiu sua Mquina de Recenseamento ou Mquina Tabuladora - 1866 </p><p> Utilizava carto perfurado </p><p> Reduziu de 10 para 3 anos o perodo de realizao de censo de 1890 </p></li><li><p>11/11 </p><p>Computadores Mecnicos </p><p> Maquina de Pascal: Blaise Pascal (1623-1662) </p><p> Operaes: Soma e Subtrao </p><p> Manivela </p></li><li><p>12/11 </p><p>Computadores Mecnicos </p><p> Maquina Analtica: Charles Babbage(1792-1871) </p><p> Componentes </p><p> Armazenamento </p><p> Engenho </p><p> Seo de Entrada </p><p> Seo de Sada </p><p> Cartes Perfurados (similar aos utilizados em teares inglses) </p><p> Resolvia polinmios. </p></li><li><p>13/11 </p><p>Computadores Mecnicos </p><p> Maquina Diferencial, 1822: </p><p> Para Calcular automaticamente tabelas matemticas, necessrias sobretudo para a navegao. </p></li><li><p>14/11 </p><p>Computadores Mecnicos </p><p> Mquina Analtica, 1834: </p><p> Programvel. As instrues entravam por meio de cartes perfurados; tinha memria </p><p>para 1000 nmeros de 50 algarismos, tinha </p><p>uma unidade aritmtica, impresso </p><p>automtica, uma operao aritmtica por </p><p>segundo. Usava base 10, era uma maquina </p><p>mecnica, trabalhava a vapor. </p></li><li><p>15/11 </p><p>Ada, Condessa de Lovelace </p><p> Primeira Programadora. </p><p> Desenvolveu algoritmos que </p><p>permitiriam maquina </p><p>Analtica de Babbage </p><p>computar os valores </p><p>de funes </p><p>matemticas. </p></li><li><p>16/11 </p><p>Computador Eltrico </p><p> Advento da Energia Eltrica </p><p> Desenvolvimento da tecnologia Eletrnica </p><p> Dispositivos eletromagnticos. </p><p> Rels </p><p> Automatizao dos processos mecnicos. </p></li><li><p>17/11 </p><p>Maquina Enigma </p><p> Enigma o nome por que conhecida uma mquina electro-mecnica de criptografia com rotores, utilizada </p><p>tanto para criptografar como para descriptografar </p><p>mensagens secretas, usada em vrias formas na </p><p>Europa a partir dos anos 1920. A sua fama vem de ter </p><p>sido adaptada pela maior parte das foras militares </p><p>alems a partir de cerca de 1930. A facilidade de uso e </p><p>a suposta indecifrabilidade do cdigo foram as principais </p><p>razes para a sua popularidade. O cdigo foi, no </p><p>entanto, decifrado, e a informao contida nas </p><p>mensagens que ele no protegeu geralmente tida </p><p>como responsvel pelo fim da Segunda Guerra Mundial </p><p>pelo menos um ano antes do que seria de prever. </p></li><li><p>18/11 </p><p>Maquina Enigma </p></li><li><p>19/11 </p><p>COLOSSUS </p></li><li><p>20/11 </p><p>Alan Turing (1912-1954) </p></li><li><p>21/11 </p><p>Alan Turing (1912-1954) </p></li><li><p>22/11 </p><p>Mark I - 1944 </p><p> Primeiro computador eletromecnico </p><p> Desenvolvido pela Universidade de Harvard, com apoio da IBM </p><p> Medidas: 700.000 peas </p><p> 800.000 metros de fios </p><p> 17 metros de comprimento por 2 metros de altura </p><p> 70 toneladas </p><p> Soma 0,3 segundos </p><p> Multiplicao 6 segundos </p></li><li><p>23/11 </p><p>1 Gerao (1945-1955) </p><p> ENIAC 1945 (Eletronic Numeral Integrator and Computer) </p><p> Primeiro computador eletrnico. </p><p> Desenvolvido na Universidade de Pensilvnia. </p><p> Projeto do exrcito dos Estados Unidos para o clculo da trajetria de projteis. </p><p> Alguns nmeros: </p><p> 17.000 vlvulas. </p><p> 50.000 comutadores. </p><p> 70.000 resistncias. </p><p> Soma 0,0002 segundos. </p><p> Multiplicao 0,003 segundos. </p><p> 111 m3. </p><p> 27 toneladas. </p><p> Consumo 100.000 a 200.000 watts. </p><p> Programao conexo de fios tipo painel de telefonista. </p></li><li><p>24/11 </p><p>1 Gerao (1945-1955) </p></li><li><p>25/11 </p><p>1 Gerao (1945-1955) </p></li><li><p>26/11 </p><p>1 Gerao (1945-1955) </p></li><li><p>27/11 </p><p>1 Gerao (1945-1955) </p></li><li><p>28/11 </p><p>John Von Neumman (1903-1957) </p></li><li><p>29/11 </p><p>John Von Neumman (1903-1957) </p></li><li><p>30/11 </p><p>1 Gerao (1945-1955) </p></li><li><p>31/11 </p><p>Mquina de von Neumann </p><p> Mquina de von Neumann Proposta em 1946 </p><p> Mquina composta por: </p><p> Memria (MEM) Armazena dados, onde alguns destes dados so interpretados como instrues </p><p>de um programa a ser executado pela CPU </p><p> A caracterstica fundamental da mquina de von Neumann quedados e programas esto armazenados numa mesma memria! </p><p> Unidade Central de Processamento (CPU) Unidade de controle (UC) </p><p> Unidade de clculos aritmticos e lgicos (UAL) </p><p> Registrador de instruo (IR) </p><p> Ponteiro de instruo (IP) </p><p> Registrador de uso geral (acumulador - ACC) </p><p> Dispositivos de Entrada e Sada </p><p>Base para a maioria das arquiteturas atuais </p></li><li><p>32/11 </p><p>Voltando Arquitetura Bsica dos Computadores Atuais </p></li><li><p>33/11 </p><p>1 Gerao (1945-1955) </p></li><li><p>34/11 </p><p>2 Gerao (1955-1965) </p></li><li><p>35/11 </p><p>2 Gerao (1955-1965) </p></li><li><p>36/11 </p><p>3 Gerao (1965-1980) </p></li><li><p>37/11 </p><p>3 Gerao (1965-1980) </p></li><li><p>38/11 </p><p>4 Gerao (1980-?) </p></li><li><p>39/11 </p><p>4 Gerao (1980-?) </p></li><li><p>40/11 </p><p>Arquitetura de Computadores </p><p>Estudar Arquitetura de </p><p>Computadores essencial para o </p><p>entendimento do funcionamento </p><p>dos recursos computacionais. </p></li><li><p>Arquiterura </p><p> ... Atributos que tm impacto direto sobre a execuo lgica </p><p>de um programa. (stallings 2002) </p><p> Visualizar o estgio final mesmo antes de construir. </p><p>41/11 </p></li><li><p>42/11 </p><p>Arquitetura de Computadores </p></li><li><p>43/11 </p><p>Como se fazer entender pelo computador? </p><p> Linguagem do computador : 100011000001 (bits) Nmeros binrios: base da teoria computacional </p><p>1. Primrdios: uso da linguagem nativa em binrio!!! </p><p>2. Linguagem de Montagem (Assembly) </p><p> Montador: traduz uma verso simblica das instrues para sua representao binria na arquitetura </p><p>add A, B montador 100011000001 </p><p>1. Linguagem de Programao de alto-nvel </p><p> Compilador: traduz instrues de alto-nvel para instrues binrias diretamente ou via um montador </p><p>A + B compilador add A, B montador 100011000001 ou </p><p>A + B compilador 100011000001 </p></li><li><p>44/11 </p><p>Mas s isso? </p><p> Existe ainda um programa que gerencia os recursos da mquina durante a execuo dos programas: o SISTEMA OPERACIONAL </p><p>(SO) </p><p> Operaes de Entrada/Sada (E/S), carga do programa na memria, excees, etc. </p><p> O SO funciona como um gerente dos recursos, escondendo o acesso direto ao hardware dos usurios </p><p> Mais ainda: multiprocessamento, gerncia de arquivos, processamento distribudo, ... </p><p> Assim, existem diversas camadas e servios disponveis para auxiliar nossa comunicao com a mquina: </p><p> Um modelo em camadas e servios uma forma interessante de abstrao para a comunicao </p></li><li><p>Organizao </p><p> Refere-se s unidades operacionais e suas interconexes. </p><p> Desta forma, uma mesma arquitetura pode ser implementada por meio de </p><p>diferentes organizaes. * Tecnologia de fabricao: Memria optica, magntica, </p><p>semicondutores. </p><p> 45/11 </p></li><li><p>46/11 </p><p>Arquitetura dos Micros do Padro PC </p></li><li><p>Barramentos </p><p> Praticamente todos os componentes de um computador, como processadores, memrias, placas de vdeo e </p><p>diversos outros, so conectados placa-me a partir do </p><p>que chamamos de barramento. Sem entrar em termos </p><p>tcnicos, ele o encaixe de que cada pea precisa para </p><p>funcionar corretamente. </p><p> H barramentos especficos para praticamente todos os componentes conectados ao sistema, geralmente em </p><p>siglas muito conhecidas pelos usurios, mas que no </p><p>so atreladas diretamente funo que realizam. </p><p> 47/11 </p></li><li><p>Barramento </p><p> Na literatura os barramentos costumam ser representados por setas grossas, </p><p>bidirecionais ou unidirecionais indicando o </p><p>sentido do fluxo dos dados ou </p><p>informaes; em algumas situaes </p><p>associa-se a essas setas um nmero que </p><p>diz quantas vias (fios, linhas etc.) o </p><p>barramento em questo disponibiliza para </p><p>o trfego de informaes (usualmente </p><p>binrias). </p><p>48/11 </p></li><li><p>Barramento </p><p> Em verdade, o barramento de um sistema de computao o elemento responsvel pela </p><p>interligao dos componentes, conduzindo, de </p><p>modo sincronizado, o fluxo de informaes </p><p>(dados, endereos e controle) de uns para os </p><p>outros de acordo com uma programao de </p><p>atividades previamente definida pela unidade de </p><p>controle (UC em ingls CU) do microprocessador. </p><p> 49/11 </p></li><li><p>Barramentos e funes </p><p> H trs funes distintas nos principais barramentos de um computador, que, em termos simples, conectam o processador, a </p><p>memria e os outros componentes conectados a ele pelo que </p><p>chamamos de barramentos de entrada e sada. </p><p> Barramento de dados como o prprio nome j deixa a entender, por este tipo de barramento que ocorre as trocas de dados no </p><p>computador, tanto enviados quanto recebidos. </p><p> Barramento de endereos indica o local onde os processos devem ser extrados e para onde devem ser enviados aps o </p><p>processamento. </p><p> Barramento de controle atua como um regulador das outras funes, podendo limit-las ou expandi-las em razo de sua </p><p>demanda. </p><p> 50/11 </p></li><li><p>Barramentos de entrada e sada </p><p> Alm da comunicao entre o computador e a memria, voc pode adicionar diversos outros dispositivos sua </p><p>placa-me, com um barramento especial para cada um </p><p>deles. Alguns dos formatos mais conhecidos neste </p><p>quesito so o PCI, o AGP e at mesmo o USB, </p><p>amplamente utilizado em pendrives, impressores, </p><p>teclados, mouses e outros perifricos. </p><p> H dezenas de explicaes e termos mais tcnicos para barramentos e suas especificidades em computao. </p><p>Este pequeno artigo serve apenas de introduo para o </p><p>tema, apresentando apenas os conceitos mais bsicos </p><p>sobre ele. </p><p> 51/11 </p></li><li><p>Interface </p><p> Interface o nome dado ao circuito que controla um dispositivo de entrada ou </p><p>sada, enviando ou recebendo, </p><p>informaes do processador ou do chipset </p><p>agindo como um adaptador chipset, </p><p>agindo como um adaptador desse </p><p>dispositivo. </p><p> 52/11 </p></li><li><p>Portas </p><p> As portas so caminhos por onde passa a informao entre o pc </p><p>computador e um perifrico. Cada </p><p>porta tem um nmero e dedicada a </p><p>uma funo em particular. </p><p>Por exemplo, a maioria do trfego da </p><p>Web passa pela porta nmero 80 ou </p><p>3128. </p><p> 53/11 </p></li><li><p>Perifricos </p><p> so aparelhos ou placas de expanso que enviam ou recebem informaes do </p><p>computador. Na informtica, o termo "perifrico" </p><p>aplica-se a qualquer equipamento ou acessrio </p><p>que seja ligado CPU (unidade central de </p><p>processamento), ou, num sentido mais amplo, </p><p>ao computador. Exemplos de perifricos so: </p><p>impressoras, digitalizadores, leitores e </p><p>gravadores (drives) de CDs e DVDs, leitores de </p><p>cartes de memria e disquetes, mouses, </p><p>teclados, cmeras de vdeo, entre outros. 54/11 </p></li></ul>