Ficha de Unidade Curricular (FUC) de Arquitectura de Computadores

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Arthur Gesser Martins
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1 INSTITUTO POLITÉCNICO DE COIMBRA INSTITUTO SUPERIOR DE CONTABILIDADE E ADMINISTRAÇÂO DE COIMBRA Aprovação do Conselho Pedagógico 28/10/2015 Aprovação do Conselho Técnico-Científico 16/12/2015 Ficha de Unidade Curricular (FUC) de Arquitectura de Computadores Curso(s): Licenciatura em Informática de Gestão Ano Curricular: 1ºano Semestre curricular: 1º Semestre Ano lectivo: Docente Responsável: Isabel Maria Mendes Pedrosa Im

2 Unidade Curricular Designação: Arquitectura de Computadores Curso(s): Licenciatura em Informática de Gestão Ano curricular: 1ºano Semestre curricular: 1º Semestre Número de ECTS: 5 Horas de contacto: 45 1.Corpo Docente ***Replicar pelo nº de docentes, sendo que o primeiro deverá ser o responsável da UC. Nome: Isabel Maria Mendes Pedrosa ipedrosa@iscac.pt Im

3 2.Funcionamento a) Objectivos: [conteúdo atualizado a 1 de outubro de 2015 e escrito de acordo com o novo acordo ortográfico] A unidade curricular de Arquitetura de Computadores pretende explorar vertentes relacionadas com a componente de hardware do Computador, desvendando o mistério da "caixa negra" relativamente aos componentes internos de uma máquina computacional. Inicia-se o estudo da unidade curricular com conceitos elementares acerca de arquitetura e organização, função e estrutura de uma máquina computacional. É efetuada uma retrospetiva histórica sintética - percurso geracional - desde a 1.ª máquina computacional, ENIAC, até aos processadores e componentes mais recentes. A abordagem aos componentes internos de um sistema computacional tem também como objetivo o desenvolvimento de competências elementares ao nível da manipulação desses componentes, compreensão das possibilidades de compatibilidade e de atualização. O estudo dos componentes internos inicia-se com a abordagem do processador e das suas interligações aos diversos componentes. Compreender o funcionamento do sistema operativo, conhecendo o tipo de representação dos dados, mecanismos de endereçamento de memória e a aprendizagem de uma linguagem de programação máquina, com um conjunto instrução elementar, associada a um simulador (Little Man Computer, LMC), explorando os paralelismos com uma linguagem de alto nível, o que se pretende que conduza a uma maior compreensão do conceito de ponteiro a lecionar na unidade curricular de Algoritmos e Programação II, constituem parte importante dos conteúdos programáticos, especialmente no que respeita à transversalidade dos conhecimentos a adquirir. Os alunos são incentivados, durante todo o semestre e como pedra angular do seu conhecimento em hardware e software de baixo nível, a conhecerem a atualidade ao nível da evolução dos componentes e dispositivos I/O. b) Regime de frequencia e metodologia de avaliação: [Metodologias atualizadas a 1 de outubro de 2015 e escritas ao abrigo do novo acordo ortográfico] NOTA:Para a realização de avaliação distribuída é OBRIGATÓRIA a presença em 70% das aulas, excepto aos alunos com estatuto Trabalhador-Estudante. Os alunos que pretendam realizar a avaliação por exame, em Época de Avaliação Normal ou de Recurso, não estão obrigados a um limite mínimo de presenças. A avaliação dos alunos inscritos na unidade curricular pode ser feita por um de dois métodos : 1) Avaliação distribuída: 3 Testes com duração de 45 minutos (peso total de 12 valores na nota final, 4 valores/teste) + 1 trabalho de investigação (peso total de 8 valores na nota final) 2) Avaliação Final: a realizar em época de exame em Época Normal ou de Recurso, composta por exame escrito para 12 valores (com duração de 120 minutos + 15 de tolerância) + 1 trabalho de investigação individual (peso de 8 valores na nota final). Não esta prevista a realização de provas orais. c) Programa: PARTE 1 - Visão Genérica 1. Computadores e Sistemas 1.1 Componentes de um sistema Computacional: Hardware Software Comunicação Sistema Computacional 1.2 Standards e Protocolos 1.3 Uma breve história da Arquitetura de Computadores (Englander 5.ª edição) 2. Introdução ao estudo dos Sistemas e da Arquitetura dos Sistemas 2.1 Os Sistemas como conceito genérico 2.2 A arquitetura de sistemas de Tecnologias da Informação Sistemas Distribuídos O perfil de Arquiteto de Sistemas Im

4 2.3 Exemplos de Arquitetura de Sistemas PARTE 2 - Dados 3. Sistemas de Numeração 3.1 Números como representação física 3.2 Diferentes Bases de Numeração 3.3 Aritmética em diferentes bases 3.4 Conversão entre bases 3.5 Numeração hexadecimal e aritmética 3.6 Casos Especiais de Conversão 3.7 Frações 4. Formatos dos Dados 4.1 Dados alfanuméricos 4.2 Dados Visuais Imagens Bitmap Imagens Objeto Representação de carateres como imagens Imagens vídeo 4.3 Dados Áudio 4.4 Compressão de dados 4.5 Linguagens de descrição de páginas 4.6 Formato interno dos dados no computador 5. Representação de dados numéricos 5.1 Representações de Binários sem sinal e de Binary Coded Decimal 5.2 Representação de inteiros com sinal Sinal e Magnitude Decimais de Complemento para Complemento para 10 e complemento para Overflow e carry Outras bases Regras gerais para complementos noutras bases 5.3 Números reais Notação Exponencial Formato em vírgula flutuante Normalização e vírgula flutuante Exemplo de Programação Cálculos com números em vírgula flutuante A vírgula flutuante no computador PARTE 3 - Arquitetura de Computadores e funcionamento do Hardware 6. O Little Man Computer (LMC) 6.1 O Modelo LMC: A máquina LMC e o seu funcionamento genérico; 6.2 Conjunto de instruções básicas do LMC: Sintaxe das instruções e Mnemónicas. Instruções de movimentação de dados (LOAD e STORE) Instruções aritméticas simples (ADD e SUBTRACT) Instruções para I/O Instruções de controlo da máquina (COFFEE BREAK) 6.3 Programação em LMC: Paralelismo entre programação em LMC e linguagem C 6.4 Conjunto de Instruções Estendido do LMC: Instruções BRANCH 6.5 Ciclo de Instrução em LMC : Fetch e Execute 6.6 Aplicação prática e programação em LMC usando o simulador edu.lmc Im

5 7. CPU e Memória 7.1 Componentes do CPU 7.2 Conceito de registo 7.3 Unidade de Memória Funcionamento da memória Capacidade da Memória e limitações ao endereçamento (Englander 5.ª ed) Caraterísticas e implementação da memória principal 7.4 O ciclo de instrução fetch e execute 7.5 Bus Caraterísticas 7.6 Classificação das Instruções Instruções para movimentação de dados Instruções aritméticas Instruções booleanas Operações de manipulação com operando único Operações de rotação e de shift Instruções de controlo do programa Instruções de pilha Instruções com dados múltiplos Outras Instruções 7.7 Formatos das Words nas Instruções (Englander 5.ª ed) 7.7 Requisitos e limitações das Words nas Instruções (Englander 5.ª ed) 8. CPU e Memória: projeto, aperfeiçoamento e implementação 8.1 Arquiteturas do CPU Visão geral Arquiteturas modernas tradicionais 8.2 Recursos e aperfeiçoamento do CPU Fetch-Execute Timing Um modelo para a melhoria da performance Organização escalar e superescalar do processador 8.3 Melhorias nas memórias Wide-path memory Access Memory Interleaving Memória cache 8.4 Um modelo de CPU Superescalar 8.5 Multiprocessamento 8.6 Questões de implementação 9. Entrada/Saída (I/O) 9.1 Caraterísticas dos I/O típicos 9.2 I/O Programado 9.3 Interrupções Interrupções de Serviço Usos das Interrupções Interrupções Múltiplas e Prioritização 9.4 DMA, Direct Memory Access 9.5 Controladores I/O 10. Periféricos 10.1 Hierarquia de Memória 10.2 Discos magnéticos e arrays de discos 10.3 Dispositivos óticos 10.4 Tapes Im

6 10.5 Displays Design básico de um display Graphical Processing Units Tecnologia Liquid Crystal Display Tecnologia OLED 10.6 Impressoras Laser Jato de tinta 10.7 User input devices Teclado Dispositivos apontadores Fontes alternativas para entradas alfanuméricas Scanners Entrada multimédia Dispositivos móveis 10.8 Dispositivos de rede 11. Sistemas Computacionais atuais 11.1 Agregar todos os elementos 11.2 Arquitetura de Sistema Requisitos de interligação entre sistemas Bus I/O Channel Architecture 11.3 Computação de alta performance: Grid Computing d) Bibliografia: William Stallings, Computer Organization and Architecture, 10th edition, Prentice-Hall Intern., jan 2015 Monteiro, Rui Vasco e outros, Tecnologia dos Equipamentos Informáticos, FCA Editores, 2004 Irv Englander, The Architecture of Computer Hardware and Systems Software - An Information Technology Approach, 5.th edition, John Willey & Sons, 2014 Null, Linda e Lobur, Júlia, Essentials of Computer Organization and Architecture, 3.rd edition, Dezembro, 2010 Nicholas Carter, Computer Architecture, Bookman, 2002, Colecção Schaum Goodman & Miller, A Programmer s View of Computer Architecture, Saunders College Publishing, 2011 Andrew S. Tanenbaum, Structured Computer Organization, 5a edição, Prentice Hall, 2006 Delgado, José, Ribeiro, Carlos, Arquitetura de Computadores, 5.ª edição, FCA Editores, 2014 Im

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