Arquitetura de Computadores Universidade Guarulhos Prof. Erwin A. Uhlmann

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1 Arquitetura de Computadores Universidade Guarulhos Prof. Erwin A. Uhlmann

2 Guarulhos PLANEJAMENTO EMENTA: Sistemas numéricos. Aritmética binária. Memórias, unidades centrais de processamento, entrada e saída. Linguagens de montagem. Modos de endereçamento, conjunto de instruções. Mecanismos de interrupção e de exceção. Barramento, comunicações, interfaces e periféricos. Organização de memória. Memória auxiliar. Arquiteturas RISC e CISC. Pipeline. Paralelismo de baixa granularidade. Arquiteturas paralelas e não convencionais. OBJETIVOS: Proporcionar ao aluno uma visão geral sobre a organização e arquitetura dos computadores, sobre o funcionamento de cada componente e a integração entre os dispositivos. Mostrar ao aluno a interação entre hardware e software em diferentes níveis, tendo como foco os princípios que são a base dos computadores atuais. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO: Introdução; Sistemas numéricos; Aritmética binária; Memórias, unidades centrais de processamento, entrada e saída; Linguagens de montagem; Modos de endereçamento, conjunto de instruções; Mecanismos de interrupção e de exceção; Barramento, comunicações, interfaces e periféricos; Organização de memória; Memória auxiliar; Arquiteturas RISC e CISC. Pipeline; Paralelismo de baixa granularidade; Arquiteturas paralelas e não convencionais. AVALIAÇÕES O docente poderá ser avaliado por sua participação em sala com somatória de até pontos e será composta por sua presença, empenho na realização das tarefas em sala e na pesquisa. A média será composta de 5% de trabalhos e 5% de provas. CRONOGRAMA Aula TP Conteúdo/Atividades Estratégia de Aula / Recursos

3 3 Apresentação da disciplina, plano de ensino e metodologia das aulas e avaliações. (Arquitetura de computadores DELGADO LTC CAP. ) O computador como ferramenta, Processamentos da informação, estrutura básica de um computador, lógica binária e a evolução dos computadores. 5/ Bit, bite e a palavra. / 3 Circuitos eletrônicos analógicos e digitais. Funcionamento básico, Diagramas de tempo, portas lógicas. /3 Recesso. /3 5 Álgebra booleana; Funções lógicas Circuitos combinatórios 6 Síntese de circuitos combinatórios; Multiplexadores; Decodificadores; ROMs. 7 (Arquitetura de computadores DELGADO LTC CAP. ) Componentes básicos de um computador; RAM; O Processador Unidade de dados Unidade de controle; O processador e as memórias. 9 Programação de baixo nível; Instruções; Assembly; 5/3 /3 9/3 5/ / Revisão 9/ B 6/ individual, lousa, giz e apagador Correção da prova e revisão; Implementação das instruções; Programação em assembly; 3 (Arquitetura de computadores DELGADO LTC CAP. ) Banco de registradores; Endereços de dados e de instruções; Memórias de dados e caches; Espaço de endereçamento. 3/5 /5

4 (Arquitetura de computadores DELGADO LTC CAP. 6) Interligando componentes; Barramentos; Operações de leitura e escrita. 5 Decodificação de endereços; Seleção de dispositivos; Implementação do mapa de endereços; Decodificação parcial dos endereços; Decodificação de mapas de endereços irregulares; Decodificação de endereços programável. 7/5 /5 6 Revisão 3/5 7 Avaliação Bimestral II 7/6 Prova substitutiva /6 9 Exame /6 Atividade extracurricular Correção das provas. /6 Bibliografia BÁSICA:. DELGADO, José, RIBEIRO, Carlos. Arquitetura de computadores.. edição. Rio de Janeiro: LTC, 9.. BROOKSHEAR, J. Glenn. Ciência da computação: uma visão abrangente. Bookman. Porto Alegre, TURBAN, E., MCCLEAN, E. e WETHERBE, J. Tecnologia da Informação para gestão. 3. edição. Porto Alegre: Bookman,. COMPLEMENTAR:. TANENBAUM, Andrew S. Organização estruturada de computadores. 5 ed. Pearson Printece Hall, 6.. Monteiro A, Mario Introdução à Organização de Computadores 5 ed. LTC,7 SUPLEMENTAR:. JOHN L. HENNESSY & DAVID A. PATTERSON,Arquitetura de Computadores: Uma Abordagem Quantitativa 3 ed. Campus.3. Stallings William, Arquitetura e Organização de Computadores,5 ed. Makron Books,

5 5 Sumário PLANEJAMENTO... EMENTA:... OBJETIVOS:... CONTEÚDO PROGRAMÁTICO:... AVALIAÇÕES... CRONOGRAMA... Bibliografia... BÁSICA:... COMPLEMENTAR:... SUPLEMENTAR:... Aula...6 Sistemas Numéricos...7 Números Decimais...7 Sistema binário...7 Sistema Hexadecimal... Sistema Octal...9 bit, Byte e Palavra... Sistema EBCDIC... Sistema BCD... Sistema ASCII... Aula...3 Dispositivos de entrada...3 Dispositivos controladores...3 Memórias...3 Processador...3 Unidade Aritmética Lógica...3 Portas lógicas... Portas Lógicas Padrão... NOT... AND... OR... XOR...5 Circuitos combinados...5 Multiplexadores...6 Decodificadores...7 Aula 3... Circuitos sequenciais... Processamento... Dispositivos de saída... Evolução dos computadores e suas gerações...9 Primeira Geração...9 Segunda Geração...9 Terceira Geração... Quarta Geração...

6 6 Aula Revisando... O que é um computador? O computador tem o seguinte esquema de funcionamento: Memória Entrada Controle ALU Saída Desenho : Esquema de um computador Isto significa, um dispositivo de entrada (mouse, teclado, microfone, etc.) envia sinais elétricos para uma placa controladora (placa de vídeo, placa de teclado, etc.) que converte os sinais elétricos em binários e então por meio de uma via (flat cable) transmite e armazena na memória principal, que então é solicitada pela Unidade Aritmética Lógica(ALU), que realiza os cálculos e devolve para a memória e num processo de trocas, escreve o resultado na controladora do dispositivo de saída. Esta última transforma os códigos binários em impulsos elétricos que então realizam as funções do dispositivo de saída como impressora, monitor, som, entre outros. Resumindo: Entrada > Controladora > Memória > ALU > Controladora > Saída. Demonstre o processo de escrita da palavra AC, em código ASCII no monitor. Resultado:. Teclado > AC (energia). Controladora > 3. Memória > Endereçamento > Célula > Célula >. ALU > (BI), (BI), (ER)3, (ER)33 5. Controladora > 6. Saída > (energia) Vamos começar então parte a parte. Como o computador funciona com energia, na forma ligado e desligado (), isto é, até,v o sistema considera como desligado, pois essa é a tensão em que trabalham os

7 transistores, de,3 à,7v não se trabalham os circuitos, é uma tensão proibida e, de,v até,5v, a faixa de operação que os sistema entende como ligado (). Sistemas Numéricos Números Decimais Os números que utilizamos procedem dos fenícios e posteriormente aperfeiçoados pelos árabes. Os números arábicos obedecem a escala decimal, ou seja, de à 9. Depois da invenção do Zero, os números agregados ao Zero poderiam crescer indefinidamente.,,,3,,5,6,7,,9,,,,3,,5,6,7,,9,,... Assim o número 967deve ser lido: x + 9 x + 6 x + 7 x ou x ³ + 9 x ² + 6 x ¹ + 7 x º = 967 Sistema binário Para representar os números no sistema binário devemos seguir a mesma lógica dos logs de base binária, ou seja, base. Logo a tabela abaixo demonstra a evolução dos números. 7 Decimal 3 Binário Como a base é, o máximo de combinações será, por que ² =.,,,3. Para o numeral, ² não basta, é preciso um número maior, então, ³ =, de à 7. Decimal Binário Elabore o número, 6, 3, 33, 3 e 35 em binário. O número 96 seria representado desta forma: Por que:

8 x x 9 x x 7 x 6 x 5 x x 3 x x x Veja outro exemplo, com o número 976: x x 9 x x 7 x 6 x 5 x x 3 x x x Por fim, o número : x x 9 x x 7 x 6 x 5 x x 3 x x x Sistema Hexadecimal Decimal Binário Hexadecimal

9 A B C D E F Para se criar combinações possíveis para que se possibilite expressar os números de a 9, são necessários bits, no entanto por meio da análise combinatória, dígitos combinados entre si, permitem até 6 combinações diferentes. Como existem apenas dígitos unitários, os outros 6 foram expressos pelo sistema hexadecimal como A, B, C, D, E e F. Sistema Octal Decimal Binário Octal Mas que curioso... Em binário: Em Octal: Em Hexadecimal: 9 Decimal Binário Decimal Octal Decimal Hexadecimal

10 bit, Byte e Palavra A menor unidade informacional é o bit, composto de um dígito, seja ele ou. O Byte é o conjunto de bits segundo uma codificação. Para a compreensão da palavra vamos adotar uma palavra de bits, abaixo. Sistema EBCDIC A codificação EBCDIC (Extended, Binary Coded with Decimal Interchanged Code) considera o Byte contendo bits, neste caso, a palavra adotada de bits, tem 6 Bytes, como cada Byte contém bits, podemos arranjar =56 combinações diferentes, sendo: dígitos para o sistema decimal; 6 para as letras maiúsculas do alfabeto; 5 para os caracteres especiais. Veja abaixo uma palavra de 6 Bytes neste sistema, a palavra ERWIN. O sistema hexadecimal equivale a meio Byte EBCDIC, ou seja, apenas bits. Sistema BCD Como vimos, na codificação EBCDIC, das 56 combinações possíveis, apenas 6 são suficientes para todos os ditos e caracteres. Na codificação BCD (Binary Coded Decimal) o Byte é formado por 6 bits, o que representa uma grande economia de espaço. Na mesma palavra de bits, adotada anteriormente, a codificação BCD divide a palavra em Bytes, diferentemente dos 6 Bytes da codificação EBCDIC. Veja: Sistema ASCII A codificação ASCII (American Standard Coded for Information Interchange) utiliza 7 bits de um Byte de bits., configurando a compactação do sistema BCD com a

11 amplitude do sistema EBCDIC. Veja uma tabela resumida:

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