Sistema de Computação

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1 Sistema de Computação

2 Máquinas multinível

3 Nível 0 verdadeiro hardware da máquina, executando os programas em linguagem de máquina de nível 1 (portas lógicas); Nível 1 Composto por registrados e pela ALU (Arithmetic Logic Unit) ou ULA (Unidade Lógica e Aritmética), que é capaz de executar operações aritméticas simples; Nível 2 Arquitetura do conjunto de instruções (ISA Instruction Set Architecture), ou seja, o conjunto de instruções de cada CPU definidas pelo fabricante; Nível 3 nível híbrido, contendo instruções do nível 2, além de um conjunto de novas instruções, como, por exemplo, a organização da memória; Nível 4 Níveis 1,2 e 3 são linguagens de máquina, sendo que a partir do nível 4 as linguagens contém palavras e abreviações cujo significado as pessoas entendem. Programas nessa linguagem são primeiro traduzidos para as linguagens dos níveis 1, 2 e 3 e depois interpretados pela máquina virtual apropriada ou pela própria máquina real. Nível 5 linguagens projetadas para serem usadas por programadores de aplicações que tenham um problema a resolver, sendo também denominadas linguagens de alto nível, como C++ e Java. Programas escritos nessas linguagens são traduzidos pra os níveis 3 ou 4 por tradutores conhecidos como compiladores.

4 Um sistema de computação é composto por um ou mais processadores, memória, discos, interfaces de rede e um conjunto de dispositivos de E/S. Além disso, fazem parte do sistema o software básico e aplicativo, conforme descrito a seguir

5 Organização Básica de um Computador

6 A máquina de Von Neumann A tarefa de entrar e alterar programas era muito difícil no ENIAC; O processo de programação poderia ser facilitado se o programa pudesse ser representando em uma forma adequada para armazenamento na memória junto com os dados; Um computador poderia obter instruções lendo-as da memória; Esse conceito, conhecido como programa armazenado é atribuído, principalmente, ao matemático John von Neumann, que foi consultor do projeto ENIAC. Alan Turing desenvolveu a ideia praticamente ao mesmo tempo. A primeira publicação da ideia foi realizada em 1945 para um novo computador EDVAC.

7 A máquina de Von Neumann (2) Em 1946, von Neumann e seu colegas começaram o projeto de um novo computador de programa armazenado, conhecido como computador IAS (Princeton Institute for Advanced Studies); O computador IAS, embora não concluído antes de 1952, é o protótipo de todos os computadores de uso geral;

8 A máquina de Von Neumann (3) Estrutura geral de um computador IAS: Uma memória principal armazena dados e instruções Uma unidade de lógica e aritmética capaz de operar sobre dados binários Uma unidade de controle interpreta instruções e faz com que sejam executadas Equipamento de entrada e saída (E/S) operado pela UC.

9

10 Organização básica de um computador Os computadores modernos têm a mesma estrutura e função geral derivadas da proposta de von Neumann. Independentemente de sua forma ou tamanho, qualquer computador pode ser dividido em cinco componentes básicos: Processador ou CPU Memória Principal (RAM) Dispositivos de entrada/saída Armazenamento em disco Programas (software) Hardware 10

11 CPU / Processador Mem. Principal RAM Disco rígido Winchester / HD Dispositivos de E/S

12

13 ENTRADA CPU (Processador) SAÍDA MEMÓRIA PRINCIPAL (RAM) MEMÓRIA SECUNDÁRIA (DISCO/FITA) A CPU é o cérebro do computador, executando programas armazenados na memória principal buscando suas instruções, examinando-as e então executando-as uma após a outra; Arquitetura de John von Neumann; Os componentes são conectados por um barramento, que é um conjunto de fios paralelos que transmitem endereços, dados e sinais de controle; Barramentos podem ser externos à CPU, conectando-a à memória e aos dispositivos de E/S, mas também podem ser internos à CPU (ligação CPU memória) 13

14 Mais detalhes...

15 CPU Central Processing Unit ou Processador Definição: Entidade de hardware centralizadora, coordenadora e gerenciadora de todos os recursos do sistema computador, responsável pelas funções de lógica, aritmética e controle do processo Intel Core i7 AMD Phenom 15

16 Lembrando... A possibilidade de encapsular em um único invólucro todos os transistores necessários para construir cada componente interno (ULA, UC, registradores...), e todos juntos formando um processador surgiu em 1971 com o processador Intel 4004 (2300 transistores). Atualmente, um processador de última geração Intel i7 tem mais de 2.6 bilhões de transistores, utilizando tecnologia de 14 nm (new: 10, 07 e 05 nm); 1 nanômetro = 10-6 mm (1 milionésimo de milímetro) Para entender o quão pequeno é um nanômetro: pegue uma régua e faça um traço de 1 centímetro. Agora divida o traço em um milhão de partes iguais. Cada parte terá um nanômetro de comprimento. 1vírus 100 nm

17 Processador (1) A CPU é o componente vital de um sistema de computação, sendo responsável pelo processamento e, em decorrência de determinadas instruções emitir sinais de controle para os demais componentes agirem e realizarem determinada tarefa (Ex: operação de E/S); As funções das CPUs são sempre a mesmas. O que diferencia é sua estrutura interna e, o mais importante, o fato de cada uma ter seu conjunto de instruções próprio; A CPU trabalha diretamente com a memória principal. O conteúdo da memória principal é uma combinação de informações e instruções. As instruções que o processador pode executar diretamente estão na linguagem de máquina da CPU.

18 Processador (2) Todo processador é construído de modo a ser capaz de realizar algumas operações, denominadas primitivas, tais como: Somar, subtrair, multiplicar ou dividir números (operações aritméticas); Mover um dado de um local de armazenamento para outro (operação de movimento de dados); Transferir um dado para um dispositivo de saída (operação de E/S).

19 Processador (3) A seqüência de 0s e 1s que formaliza uma determinada operação a ser realizada pela CPU denomina-se instrução de máquina, sendo que cada instrução tem uma seqüência de ações para execução propriamente dita da instrução. Na nossa linguagem existem diversos modos para expressar uma mesma operação, como, por exemplo, o de uma operação de soma: a) soma de valores inteiros: b) soma de valores fracionários: 135, ,89 c) notação científica: 0,135 * ,0272 * 10 4 No computador é necessário especificar detalhadamente como as operações serão realizadas. Por exemplo, o algoritmo para executar a operação indicada no item (a) é diferente da operação do item (c).

20 Processador (4) O processamento é feito pela unidade central de processamento utilizando o ciclo busca-execução regulado pelo clock (relógio). A seqüência desse ciclo é: buscar (cópia) da instrução na memória principal, uma de cada vez; interpretar a instrução (tipo); buscar os dados, e trazê-los para a CPU; executar aquela instrução; buscar a instrução seguinte; executar a instrução seguinte; e assim por diante (milhões de vezes por segundo).

21 Componentes da CPU (1) C.P.U UC ALU Dispositivos de Entrada / Saída Registradores Memória Principal RAM Teclado Impressora

22 Componentes da CPU (2) A unidade de controle é responsável por buscar de instruções da memória principal e determinar seu tipo. A unidade de controle contém as instruções da CPU para executar comandos. Cada instrução é acompanhada de um microcódigo - instruções bem básicas que dizem à CPU como executar a instrução.

23 Componentes da CPU (3) ULA (Unidade de Lógica e Aritmética) Quando a unidade de controle encontra uma instrução que envolve operações de aritmética ou lógica, ele passa o controle para o segundo componente da CPU, a ULA. A unidade de aritmética e lógica efetua operações como somas e comparações Registradores- Memória especial da ULA, utilizada para manter os dados temporariamente durante uma operação. O número de registradores varia em função da arquitetura de cada processador, sendo a memória de maior velocidade, pois os registradores são internos à CPU.

24 Tecnologia Multicore Tecnologia Multicore - processador com mais de um núcleo. "Dual core" em português significa dois núcleos, ou seja, há dois núcleos de processamentos embutidos em um chip, em vez de apenas um núcleo ("Single core"). Dois programas pode ser executados de forma simultânea. Exemplos: Intel Core i5 / i7 Intel Xeon AMD Phenom Tendência - processadores com 8 a 16 núcleos 24

25 Atividade Fazer a atividade disponível no BB.

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