Lic. Engenharia de Sistemas e Informática

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1 Conceitos de Sistemas Informáticos Lic. Engenharia de Sistemas e Informática 1º ano 2004/05 Luís Paulo Santos (baseado no trabalho de A.J.Proença) Módulo Arquitectura de Computadores LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 1

2 Noção de computador (1) Um computador é um sistema que: recebe informação, processa / arquiva informação, transmite informação, e... é programável i.e., a funcionalidade do sistema pode ser modificada, sem alterar fisicamente o sistema Quando a funcionalidade é fixada no fabrico do sistema onde o computador se integra, diz-se que o computador existente nesse sistema está embebido : ex. telemóvel, máq. fotográfica digital, automóvel,... Como se representa a informação num computador? Como se processa a informação num computador? LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 2

3 Noção de computador (2) Computador tipo Sinais Digitais Sinais Analógicos Periférico / Dispositivo Entrada Sinais Digitais Processador (1 ou +) Memória primária Sinais Digitais Periférico / Dispositivo Saída Sinais Digitais Sinais Analógicos Arquivo Informação LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 3

4 Noção de computador (3) Um computador é constituido por: hardware CPU, memória, dispositivos de I/O, barramentos,... software aplicacional (resolve um dado problema) de sistema Exemplos: - sistema operativo (SO) - sistema de janelas (MS inclui-o no SO) - serviços básicos de comunicações (MS...) - gestão de bases de dados -... LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 4

5 Noção de computador (4) Como se representa a informação num computador? representação da informação num computador Como se processa a informação num computador? organização e funcionamento de um computador LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 5

6 Introdução à Organização de um Computador LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 6

7 Modelo de Von Neumann (1) John von Neumann, First Draft of a Report on the EDVAC, Moore School of Electrical Engineering, Univ. of Pennsylvania, June, 30, 1945 Três contribuições fundamentais: 1. Programa armazenado em memória (Stored program concept) 2. Organização básica de um computador 3. Arquitectura básica (tipos de instruções) LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 7

8 Configuração do hardware O hardware é configurado para realizar as operações pretendidas E1 * Operação: S = (E1 + E2) * E1 + S E2 + LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 8

9 Configuração do hardware O hardware é configurado para realizar as operações pretendidas E1 * Operação: S = E1 + 2 * E2 * E1 + S E2 + LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 9

10 Hardware Programável Dados Sequência de funções lógicas e aritméticas Resultados a) Programação em hardware Instruções Interpretador de instruções Memória Dados Funções lógicas e aritméticas de propósito geral Sinais de controlo Resultados b) Programação em software LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 10

11 Programa Armazenado em Memória Programa armazenado em memória (Stored program concept) O programa consiste em instruções binárias, que são executadas sequencialmente, e que estão armazenadas em posições consecutivas de memória A unidade de controlo descodifica cada instrução e gera os sinais de controlo necessários para que os restantes componentes executem essa instrução O computador pode ser reprogramado alterando apenas o conteúdo da memória A mesma memória é usada para armazenar DADOS, RESULTADOS e CÓDIGO LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 11

12 A Organização de Von Neumann Processador Controlpath Controlo Input Registos ALU Datapath Memória Output LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 12

13 Organização e estrutura interna dum computador Periféricos Computador Uma outra visão... Unidade Central de Processamento (CPU) Computador Interligação de Componentes Memória Principal Input / Output Linhas de Comunicação LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 13

14 Estrutura interna dum processador CPU Computador I/O Interligação CPU Memória Banco de Registos Interligação Interna do CPU Unidades Funcionais (inc. ALU) Unidade de Controlo LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 14

15 Organização do Intel Pentium IV LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 15

16 Organização duma memória principal ou primária (1) Função da memória primária: armazenar temporariamente um programa e os dados por ele manipulados, durante a execução de um programa Organização lógica: vector (array linear) de células, cada com 8 bits cada célula é directamente endereçável, para operações de leitura ou escrita dimensão máx de memória que é possível especificar com n linhas de endereço: 2 n células LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 16

17 Organização duma memória principal ou primária (2) Ligações da memória primária: Recebe endereços (especificação de localizações) Recebe sinais de controlo (read, write, timing,...) Recebe/envia dados LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 17

18 Periféricos/dispositivos, módulos de I/O Tipos de comunicações com periféricos / dispositivos de I/O: com Humanos (monitor, teclado/rato, impressora,...) com máquinas (mem secundária, sistemas embebidos,...) com outros equipamentos (modem, redes LAN / WAN,...) Papel dos módulos de I/O: efectuar o interface físico e lógico entre o interior do computador e o exterior controlar o funcionamento de um ou mais periféricos fazer o intercâmbio de dados entre os periféricos e a memória principal e/ou registos do CPU LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 18

19 Interligação de componentes num computador Estruturas de interligação: Conjunto de ligações que interligam CPU-Mem-Mód I/O Estrutura mais comum: barramento partilhado (bus) Agrupamento funcional das linhas de comunicação: barramento de dados (data bus) barramento de endereços (address bus) barramento de controlo (control bus): RD/WR, Mem/IO, IntR/Ack, Reset,... LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 19

20 Organização de um PC Actual P4 3.2 GHz núcleo L1cache North Bridge FSB800 (4x200=800 MHz) 64 bits (6.4 GB/s) 2048 MB/s AGP 8x memória 3.2 GHz, 256 bits (102.4 GB/s) DMI AGP slot PCI BUS 33.3 MHz, 32 bits (133 MB/s) 66.6 MHz, 64 bits (532 MB/s) South Bridge PCI Express IDE Bus SCSI PCI slots USB 33 MB/s (ATA 33) 100 MB/s (ATA 100) Mouse Kbd LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 20

21 A última proposta da Intel: Chipset i925x LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 21

22 O ciclo de execução de instruções - fetch fetch decode execute Memória IP IR 1000 XXXX XXXX Registos U. C A.L.U LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 22

23 O ciclo de execução de instruções - decode fetch decode execute Memória IP IR Registos XXXX U. C.?? XXXX A.L.U LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 23

24 O ciclo de execução de instruções - execute fetch decode execute Memória IP IR 1001 XXXX XXXX Registos U. C A.L.U LPSantos, CSI: Arquitectura de Computadores, LESI, UMinho, 2004/05 24

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