Organização Estruturada de Computadores

Transcrição

1 1 / 37 Erick Nilsen Pereira de Souza T002 - Sistemas Operacionais e Org. Computadores Análise e Desenvolvimento de Sistemas Universidade de Fortaleza - UNIFOR 8 de janeiro de 2015

2 2 / 37 Agenda Tópicos Introdução à Histórico dos Computadores

3 3 / 37 Introdução à Sumário 1 Introdução à 2 Histórico dos Computadores

4 4 / 37 Introdução à Escopo da Disciplina

5 5 / 37 Introdução à Conceitos Um computador digital é uma máquina que pode resolver problemas para as pessoas, executando instruções que lhe são dadas (Tanenbaum). Um programa é uma sequência de instruções descrevendo como realizar determinada tarefa. Antes de ser executado, um programa é convertido para um conjunto de instruções simples e limitado. Exemplos de instruções Some dois números. Verifique se um número é zero. Transfira um dado de uma posição da memória para outra.

6 6 / 37 Introdução à Conceitos O conjunto de instruções de um computador forma a linguagem de máquina. Quem projeta um novo computador deve decidir quais instruções incluir em sua linguagem de máquina. Quanto maior e mais complexo o conjunto de instruções, maiores os custos dos circuitos eletrônicos necessários. O objetivo do projetista é maximizar o desempenho, reduzindo esses custos.

7 7 / 37 Introdução à Linguagem de máquina x Linguagem humana Existe uma grande lacuna entre o que é conveniente para as pessoas e o que é conveniente para os computadores. Quanto mais próxima da máquina for a linguagem, maior a dificuldade de interpretação por um ser humano. Por isso, foram criados níveis de abstração. Os níveis de abstração permitem que o ser humano se comunique com a máquina de forma mais natural.

8 8 / 37 Introdução à Níveis de abstração Dada uma linguagem de máquina (L 0 ), é possível criar uma linguagem com nível de abstração maior (L 1 ). L 1 é entendida de forma um pouco mais fácil por um ser humano. Porém, L 1 não é entendida diretamente pela máquina. É preciso fazer com que L 1 seja entendida pela máquina. Existem duas formas: tradução e interpretação.

9 9 / 37 Introdução à Tradução Cada instrução em L 1 é substituída por um conjunto de instruções equivalentes em L 0. Todo o conjunto de instruções é decodificado antes de ser executado. Interpretação O programa escrito em L 1 serve como entrada do programa escrito em L 0. Cada instrução é decodicada e executada imediatamente, à medida que é lida.

10 10 / 37 Introdução à Níveis de abstração L 1 deve ser próxima de L 0 para simplificar a tradução/interpretação. L 1 ainda não é conveniente para os seres humanos. É possível criar outros níveis para abstrair a complexidade de L 0 : L 1, L 2, L 3,..., L N. Porém, é preciso traduzir/interpretar L N para L 0, pois a máquina só entende L 0. Porque não criar uma máquina capaz de entender L N? Muito caro, circuitos muito complexos.

11 11 / 37 Introdução à Níveis de abstração É mais simples criar uma máquina virtual (computador hipotético) para traduzir/interpretar cada linguagem (L 1...L N ). Quem escreve um programa para L N não precisa conhecer os interpretadores de L 1...L N 1

12 12 / 37 Introdução à Máquina Multinível

13 13 / 37 Introdução à Máquina Multiníveis Contemporâneas A maioria dos computadores modernos consiste de dois ou mais níveis (geralmente 6 níveis) Nível 0 É o hardware verdadeiro da máquina. Onde são executadas as operações da lógica digital. Contém as portas lógicas. Cada porta tem uma ou mais entradas digitais (sinais representando 0 ou 1). São combinadas para formar a memória e o mecanismo de computação principal.

14 14 / 37 Introdução à Nível 1 É o nível de microarquitetura. Formado pelos registradores e pela ULA (Unidade Lógica e Aritmética) Executa o caminho de dados: 1 - busca dados nos registradores; 2 - faz a ULA executar uma operação sobre eles (Ex: Adição) e 3 - armazena o resultado em algum registrador. O caminho de dados pode ser executado de duas formas: microprogramação (programa armazenado que interpreta as instruções do nível 2) ou diretamente pelo hardware.

15 15 / 37 Introdução à Nível 2 É o nível de arquitetura do conjunto de instrução ou ISA (Instruction Set Architecture). Contém o conjunto de instruções que são executados pela máquina. Cada fabricante define seu próprio conjunto de instruções. É neste nível que se decide se as instruções são executadas via microprograma ou diretamente pelo hardware.

16 16 / 37 Introdução à Nível 3 É o nível de máquina do sistema operacional. Tem acesso às instruções ISA e define novas instruções. As instruções ISA são executadas pelo microprograma (ou hardware) e as instruções novas são executadas pelo sistema operacional (nível híbrido). Fornece novos recursos: organização de memória diferente, capacidade de executar dois ou mais programas (multiprogramação) etc.

17 17 / 37 Introdução à Nível 4 É o nível da linguagem de montagem (assembly). Fornece uma linguagem utilizada para escrever programas nos níveis 1, 2 ou 3 de forma não muito traumática. Os programas dos níveis 1, 2 e 3 são numéricos (bons para máquinas, mas ruins para humanos). A linguagem de montagem contém palavras e abreviações cujos significados as pessoas entendem. Programas em linguagem de montagem são primeiro traduzidos para linguagem de nível 1, 2 ou 3 e depois interpretados pela máquina virtual ou real. O programa que traduz é denominado assembler.

18 18 / 37 Introdução à Linguagem de Montagem versus Máquina

19 19 / 37 Introdução à Linguagem de Montagem versus Máquina

20 20 / 37 Introdução à Nível 5 É o nível das linguagens de alto nível (C, C++, Java etc.) São traduzidos para o nível 3 ou 4 por compiladores. Algumas linguagens são interpretadas (linguagens de script). Outras são traduzidas e interpretadas (ex: Java).

21 21 / 37 Introdução à Máquina Multiníveis Contemporâneas

22 22 / 37 Introdução à Considerações Os níveis 1, 2 e 3 não são utilizados pelos programadores de aplicações, apenas programadores de máquinas virtuais. Os níveis 2 e 3 são sempre interpretados. Os níveis 4 e 5 podem ser interpretados ou traduzidos. Os níveis são projetados para abstrair os detalhes, tornando o sistema mais fácil de ser usado.

23 23 / 37 Histórico dos Computadores Sumário 1 Introdução à 2 Histórico dos Computadores

24 24 / 37 Histórico dos Computadores Como Surgiu o Computador?

25 25 / 37 Histórico dos Computadores Histórico Gerações Geração Zero (? ) - Mecânicos Primeira Geração ( ) - Válvulas Segunda Geração ( ) - Transistores Terceira Geração ( ) - Circuitos Integrados Quanta Geração ( até hoje) - Very-large-scale integration (VLSI) Quinta Geração (Visão do Futuro) - Computador quântico / uso de Inteligência Artificial (atribui ao computador características humanas)

26 26 / 37 Histórico dos Computadores Geração Zero (? ) Necessidade de contar (?) Reza a lenda que a necessidade de contar surgiu com os pastores, que contavam nos dedos as suas ovelhas... Daí os termos dígito, digital, decimal,... Mas, com o número de ovelhas crescendo... usar somente os dedos passa a ficar complicado. Começaram então a usar pedrinhas, que foram ficando difíceis de carregar... Necessidade de fazer contas (daí os termos cálculo, calcular, contar,...)

27 27 / 37 Histórico dos Computadores Geração Zero (? ) Ábaco (5500AC na Mesopotâmia) - Primeira calculadora da história da humanidade. Uma pessoa treinada pode efetuar operações de soma, subtração, multiplicação, divisão e radiciação com a velocidade comparável a de uma pessoa com uma maquina de calcular.

28 28 / 37 Histórico dos Computadores Geração Zero (? ) Régua de Cálculo Criada em 1638 pelo padre Inglês William Oughtred. Utilizado para cálculo de multiplicações com operandos muito grandes. Consiste de uma régua com diversos valores pré-calculados. Deficiência: não efetua cálculos de valores que não estão presentes na régua.

29 29 / 37 Histórico dos Computadores Geração Zero (? ) Pascalina (1642) Aos 19 anos o francês Blaise Pascal construiu a primeira calculadora mecânica da história (a Pascalina). O objetivo era ajudar seu pai, que era coletor de impostos. Efetuava soma e subtração usando o princípio de engrenagens dentadas acionadas por alavancas.

30 30 / 37 Histórico dos Computadores Geração Zero (? ) Roda de Leibnitz (1672) O alemão Gottfried von Leibniz construiu outra máquina mecânica capaz de realizar mais operações básicas (soma, subtração, divisão, multiplicação e raiz quadrada). É considerado o pai das calculadoras de bolso. Até então, todas as funções eram previamente programadas, não permitindo a inclusão de outras operações (ex: logaritmo).

31 31 / 37 Histórico dos Computadores Geração Zero (? ) Tear Programável Em 1801, o costureiro Joseph Marie Jacquard desenvolveu um sistema onde era possível programar a máquina. A máquina tinha o objetivo de alimentar os teares com novelos de linhas coloridas para formar os desenhos no pano. Era programado com cartões perfurados.

32 32 / 37 Histórico dos Computadores Geração Zero (? ) Máquina Analítica (1833) Construída por Charles Babbage (avô do computador digital moderno). Tinha quatro componentes: a memória, a unidade de computação, a unidade de entrada e a unidade de saída. Podia ser programada. Logo, ela precisava de um software!

33 33 / 37 Histórico dos Computadores Geração Zero (? ) Máquina Analítica (1833) Lia instruções de cartões perfurados e as executava. Ex: adições, desvios condicionais. O primeiro programador do mundo foi uma mulher (Ada Lovelace). A máquina analítica de Babbage não foi completamente construída (não havia tecnologia suficiente). O projeto ficou limitado a alguns protótipos.

34 34 / 37 Histórico dos Computadores Evolução dos Computadores Documentário - Como surgiu e como funciona o Computador

35 35 / 37 Histórico dos Computadores Trabalho 1 - Seminário - Dividam-se em cinco equipes. - Cada equipe irá apresentar um seminário e um resumo sobre cada geração dos computadores digitais. - Tempo de apresentação para cada equipe: 20 minutos. - Leitura de apoio: disponibilizada no Unifor Online. Gerações Primeira Geração ( ) - Válvulas (Equipe 1) Segunda Geração ( ) - Transistores (Equipe 2) Terceira Geração ( ) - Circuitos Integrados (Equipe 3) Quanta Geração ( até hoje) - Very-large-scale integration (VLSI) (Equipe 4) Quinta Geração (Visão do Futuro) - Uso de Inteligência Artificial (atribui ao computador características humanas) (Equipe 5)

36 36 / 37 Histórico dos Computadores Bibliografia MONTEIRO, Mario A. Introducao a organizacao de computadores. 4. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, TANENBAUM, Andrew S. Organização estruturada de computadores. Tradução de Arlete Simille Marques. 5. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, SILBERSCHATZ, Abraham. Operating system concepts. Colaboração de Peter Baer Galvin. 5. ed. Reading: Addison-Wesley, TANENBAUM, Andrew S. Sistemas operacionais modernos. Tradução de Ronaldo A. L Goncalves; Luis A Consularo; Luciana do Amaral Teixeira. 3. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2009.

37 37 / 37 Histórico dos Computadores Erick Nilsen Pereira de Souza T002 - Sistemas Operacionais e Org. Computadores Análise e Desenvolvimento de Sistemas Universidade de Fortaleza - UNIFOR 8 de janeiro de 2015