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Aula 01Arquitetura de ComputadoresFundamento de Hardware e SoftwareCurso superior de Sistemas de Informação - IFNMG
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HARDWARE
Conjunto de circuitos eletrônicos interligados, formado por dispositivos.
Sistema Computacional
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HARDWARE
Processador ou unidade central e processamento
Memórias
Dispositivos de I/O
Unidades funcionais
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HARDWARE
Gerencia todo o sistema computacional controlando as operações realizadas por cada unidade funcional.
Principal função: Controlar e executar funções presentes na memória principal, através de operações básicas de soma, subtração, comparação e movimento de dados.
Processador
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HARDWARE
Unidade de controle
Unidade lógica aritmética (ULA)
Registradores
Processador
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HARDWARE
A sincronização de todas as funções do processador é realizada através de um sinal de clock.
SINAL DE CLOCK: Pulso gerado ciclicamente que altera varáveis de estado do processador
Processador
SINAL DE CLOCK
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HARDWARE
Principal, primária ou real;
Local onde são armazenados instruções e dados;
Composta de Células;
Cada célula é formada por um tamanho de bits fixo;
O acesso ao conteúdo é feito pelo endereço da célula.
Memória Principal
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HARDWARE
Memória Principal 7 6 5 4 3 2 1 0
0 Instrução ou dados
1 1 1 0 0 0 1 0 1
2
3
4
5
... ...
Célula
Endereços
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HARDWARE
Classifica as memórias pela sua volatilidade;
RAM – Volátil
ROM, EPROM – Não Volátil
Memória Principal
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HARDWARE
Volátil;
Alta velocidade;
Pequena capacidade de armazenamento;
Maximiza a velocidade com que os dados são lidos;
Alto preço.
Memória Cache
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HARDWARE
A maior parte das arquiteturas de computadores utilizam memórias caches baseadas em níveis:
L1 Baixa capacidade de armazenamento;
Altíssima velocidade.
L2 Maior capacidade de armazenamento;
Velocidade inferior a L1;
Memória Cache
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HARDWARE
Secundária ou permanente;
Não volátil;
Armazena programas e dados;
Acesso mais lento que as memórias primárias;
Baixo custo;
Capacidade de armazenamento superior comparado com memórias primárias.
Memória Secundária
HARDWARE
Relação entre memórias de armazenamento
Memórias Secundárias
Memórias Primárias
Memórias Cache
Registradores
MaiorCapacidade de
armazenamento
MaiorCusto e
Velocidade
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HARDWARE
Barramentos ou bus;
Meio de comunicação que permite a troca de dados entre as unidades funcionais do meio computacional;
Atua através de condutores, dados, endereços e sinais de controle.
Barramentos
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HARDWARE
Barramento de endereços (address bus);
Local onde os dados a serem processados estão armazenados;
Barramento de dados (data bus);
Por onde as informações transitam.
Barramento de controle (control bus).
Sincroniza tarefas, habilita ou desabilita o fluxo de dados.
Barramentos
HARDWAREB
arra
me
nto
s
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HARDWARE
Podemos considerar que a comunicação (troca de dados) entre processador e memória é realizada pelo um conjunto de barramentos chamado de processador-memória.
Barramentos
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HARDWARE
Técnica que permite que o processador realize múltiplas instruções paralelamente em estágios diferentes.
Semelhante a uma linha de montagem, onde uma tarefa é dividida em uma sequência de múltiplas tarefas.
Pipelining
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HARDWARE
O Pipelining permite que, enquanto uma instrução encontra na fase de excussão, uma outra instrução possa estar na fase de busca, simultaneamente.
Pipelining
P1 Instr. 1 Instr. 2 Instr. 3 Instr. 4 Instr. 5 Instr. 6 Instr. 7
P2Instr. 1 Instr. 2 Instr. 3 Instr. 4 Instr. 5 Instr. 6
P3 Instr. 1 Instr. 2 Instr. 3 Instr. 4 Instr. 5
P4 Instr. 1 Instr. 2 Instr. 3 Instr. 4
P1Unidade de busca
da instrução
P2Análise da instrução
P3Unidade de busca
de dados
P4Unidade de execução da
instrução
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HARDWARE
Pode ser utilizado em sistemas com um ou mais processadores e tem sido a técnica de paralelismo mais utilizada para aumentar o desempenho dos sistemas operacionais.
Pipelining
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HARDWARE
Métricas de desempenho:
Intervalo entre os ciclos de clock (sinal de clock).
Frequência do clock: indica o número de pulsos elétricos gerados em um segundo (Hz).
Análise de desempenho
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HARDWARE
Métricas de desempenho:
Tempo que o processador demora para executar um programa comparado com outros processadores (Tempo de UCP).
Não inclui a espera em operações de E/S.
Análise de desempenho
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HARDWARE
Métricas de desempenho:
Tempo de UCP: nº de ciclos de clock x ciclo de clock para execução de um programa
Ou
Tempo de UCP: nº de ciclos de clock / Frequência de clock
Análise de desempenho
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SOFTWARE
Para que o hardware funcione na prática, deve existir um conjunto de programas utilizados como interface entre as necessidades do usuário e as capacidades do hardware.
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SOFTWARE
Antes a programação era feita diretamente na arquitetura dos computadores e carregadas na memória principal.
Com o surgimento da linguagem de montagem ou Assembly e das linguagens de alto nível a programações ficou mais simples.
Tradutor
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SOFTWARE
A tradução dos códigos de programação de alto nível para código de máquina é realizado por um utilitário denominado tradutor.
Tradutor
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SOFTWARE
Não transforma as informações de alto nível em linguagem máquina, executa as linhas de comando e interpreta as instruções imediatamente.
Interpretador
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SOFTWARE
Responsável por gerar, a partir de um módulo-objeto (linguagem máquina), um único programa executável.
Linker
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SOFTWARE
Linker
Módulo-objetoMódulo-objeto
Módulo-objetoLinker
Programa executável
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SOFTWARE
Loader ou carregador é responsável por carregar na memória principal um programa para se executado.
Loader
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SOFTWARE
Debugger – Responsável pelo teste de programas.
É necessário uma ferramenta adequada para depurar os códigos fontes de programa.
Depurador
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SOFTWARE
Oferece recursos como:
• Acompanhamento de execução de um programa por instrução;
• Possibilitar a alteração e a visualização de conteúdo de variáveis;
• Implementar pontos de paradas do programa;
• Receber mensagens a cada momento que uma variável for alterada.
Depurador
