Organização de Computadores I
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1 Organização de Computadores I Primeira Aula Material: Diego Passos Organização de Computadores I Primeira Aula 1/57
2 Conteúdo Básicas. Básicos... Organização de Computadores I Primeira Aula 2/57
3 Objetivos da Disciplina Dar noções iniciais dos componentes básicos de um sistema de computação, assim também como conceitos fundamentais necessários para a manipulação de informação dentro do sistema. Ementa resumida: Sistemas numéricos e sua representação; Operações de ponto fixo e de ponto flutuante; Representação de dados e código; Elementos básicos e essenciais de arquitetura de computadores. Organização de Computadores I Primeira Aula 3/57
4 Ementa Completa I de arquitetura de Computadores; Visão geral da arquitetura de máquina; Sistemas de numeração: Bases de numeração decimal, binária, octal e hexadecimal; Conversão entre bases 2 e 8, 2 e 16, base B para decimal e decimal para base B (parte inteira e fracionária); Aritimética binária e hexadecimal (soma e subtração); Representação de dados: Representação em ponto fixo: Sinal e magnitude; Complemento a 2; Representação em excesso; Aritimética em ponto fixo; Organização de Computadores I Primeira Aula 4/57
5 Ementa Completa II Estouro; Representação em ponto flutuante: Padrão IEEE 754; Aritimética em ponto flutuante; Componentes de um computador: Memória: Elementos básicos e organização da memória principal; Barramento de endereços, de dados, e de controle, registrador de endereço de memória e de dados de memória; Operações de leitura e gravação; Memória cache; Instruções: Tipos de instruções de máquina; Endereçamento imediato, direto, por registrador, indireto e indexado; Ciclo de instrução; Organização de Computadores I Primeira Aula 5/57
6 Ementa Completa III Execução de instruções; Unidade Central de Processamento: Organização da UCP; Execução de instruções em paralelo ( pipeline ); Execução de programas; Dispositivos de entrada e saída: Teclado, vídeo, impressora e disco; Métodos de transferência de dados: Espera ocupada; Interrupção; Acesso direto à memória; Arquiteturas avançadas de computadores: Princípios, utilização de registradores, discussão RISC versus CISC, exemplo de RISC. Organização de Computadores I Primeira Aula 6/57
7 Bibliografia Organização e Projeto de Computadores, A Interface Hardware/Software David A. Patterson; John L. Hennessy LTC, Introdução à Organização de Computadores Mario A. Monteiro LTC, 5a. Edição, Arquitetura e Organização de Computadores W. Stallings Prentice Hall. Organização Estruturada de Computadores A. Tanenbaum LTC, Organização de Computadores I Primeira Aula 7/57
8 Avaliação 3 Provas MP = (P 1 + P 2 + P 3)/3. Se MP 6, 0, então APROVADO. Se MP < 4, 0, então REPROVADO. Se 4, 0 MP < 6, 0: VS - Verificação Suplementar: Se V S 6, 0, então APROVADO. Senão, REPROVADO. Organização de Computadores I Primeira Aula 8/57
9 Introdução Capítulo 1 do Livro do Mário Monteiro. básicos: Processamento de dados; Hardware e Software; Computadores digitais; Sistemas; Sistemas de Computação. Organização de Computadores I Primeira Aula 9/57
10 Básicos I Computador Equipamento de processamento eletrônico de dados. Processamento de Dados Série de atividades realizadas para produzir um conjunto de informações a partir de outras informações iniciais (dados). Organização de Computadores I Primeira Aula 10/57
11 Básicos II Organização de Computadores Implementação da máquina. Aspectos relativos aos componentes físicos específicos (memória, frequência do relógio, sinais de controle, etc.).. Arquitetura de Computadores Organização de Computadores I Primeira Aula 11/57
12 Básicos III Tem impacto na elaboração dos programas. Conjunto de instruções do processador, tamanho da palavra, tipo e tamanho dos dados manipulados, etc. Exemplo: família x86 da Intel , 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV. Usuário troca de computador sem alterar seus programas, pois toda a família emprega a mesma arquitetura. No entanto, cada processador tem uma organização diferente (que altera o desempenho). Organização de Computadores I Primeira Aula 12/57
13 Básicos IV Hardware Conjunto de componentes físicos do computador. Placas de circuito impresso, fiação, monitor, teclado, mouse, etc. Software Programas. Conjuntos de comandos (instruções) em uma sequência específica. Organização de Computadores I Primeira Aula 13/57
14 Computadores Digitais Conjunto de componentes (hardware) capazes de executar instruções específicas (Software) para realizar tarefas. Dados e instruções são representados por símbolos codificados internamente através de valores diferentes de tensão elétrica. Organização de Computadores I Primeira Aula 14/57
15 Computadores Digitais Organização de Computadores I Primeira Aula 15/57
16 Computadores Digitais Símbolos são representados por conjuntos de algarismos (dígitos). Cujos valores variam no tempo. Sistema de numeração binário (0 ou 1), ao invés do decimal. Organização de Computadores I Primeira Aula 16/57
17 Por que Binário? Organização de Computadores I Primeira Aula 17/57
18 Sistemas Conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo. Sistemas de transporte; Sistema circulatório; Sistemas econômicos; Sistema de processamento de dados; Sistema de computação (hardware e software básicos); Sistemas de aplicação. Organização de Computadores I Primeira Aula 18/57
19 Sistemas de Computação São implementados através dos programas. Conjunto de comandos ou instruções executadas passo a passo (algoritmo). Ex.: algoritmo para soma de 100 números. Organização de Computadores I Primeira Aula 19/57
20 Sistemas de Computação Organização de Computadores I Primeira Aula 20/57
21 Sistemas de Computação Implementação de um programa. Formalização do algoritmo através de comandos em uma linguagem de programação (alto nível). Ex.: Delphi, C, Java, Visual Basic, Cobol, Fortran, Lisp, etc. Organização de Computadores I Primeira Aula 21/57
22 Sistemas de Computação Linguagem assembly Mais baixo nível. Programas maiores e mais difíceis de entender. Organização de Computadores I Primeira Aula 22/57
23 Sistemas de Computação Linguagem de máquina (representação binária). Linguagem que o computador utiliza para executar o processamento. Organização de Computadores I Primeira Aula 23/57
24 Conceito de efetuar cálculos com equipamentos vem dos chineses. Ábaco a 3000 ac. Usados depois pelos babilônios e romanos. No século XVII (1642) francês Blaise Pascal. Contador mecânico (Pascalina). Realizava somas e subtrações. Permitia o uso do vai 1. Utilizava o conceito de complemento para as subtrações. Organização de Computadores I Primeira Aula 24/57
25 Calculadora de Pascal (Frente) Organização de Computadores I Primeira Aula 25/57
26 Calculadora de Pascal (Interior) Organização de Computadores I Primeira Aula 26/57
27 Máquinas de Charles Babbbage 1823 inglês Charles Babbage Máquina de diferenças. Realizava: Sucessivas operações de adição e subtração, baseada no processo de diferenças finitas. Permitia o cálculo de polinômios e funções. Imprimia o resultado em uma placa de cobre. Até 15 algarismos e polinômios de grau até 3. Máquina analítica. Não chegou a ser construída. Possuia memória, processador e saída. Organização de Computadores I Primeira Aula 27/57
28 Máquina de Diferenças Organização de Computadores I Primeira Aula 28/57
29 Máquina Analítica Organização de Computadores I Primeira Aula 29/57
30 Relé Eletromecânico Século XX Organização de Computadores I Primeira Aula 30/57
31 Relé Eletromecânico Relés permitem abrir ou fechar circuitos. Representação binária (0 ou 1). Alemão Zuze: 1936 máquina Z máquina Z3 (controlada por programa). Nesta mesma época, foi fundada a IBM (1924). Organização de Computadores I Primeira Aula 31/57
32 Máquina Z3 Organização de Computadores I Primeira Aula 32/57
33 Válvula 1906 Organização de Computadores I Primeira Aula 33/57
34 Circuito com Válvula Organização de Computadores I Primeira Aula 34/57
35 Computadores Valvulados John Mauchly e John P. Eckert (Univesidade da Pensilvânia) projetaram o primeiro computador eletrônico de 1943 a 1946, que funcionou até ENIAC Eletronic Numerical Integrator and Computer. Continha mais de válvulas e 800 quilômetros de cabos. Pesava mais de 30 toneladas. Organização de Computadores I Primeira Aula 35/57
36 ENIAC Organização de Computadores I Primeira Aula 36/57
37 ENIAC Organização de Computadores I Primeira Aula 37/57
38 Arquitetura de John von Neumann 1945 t Projetou o EDVAC (aperfeiçoamento do ENIAC) e IAS em Princeton. Computador eletrônico de programa armazenado. Arquitetura empregada até os dias atuais. Organização de Computadores I Primeira Aula 38/57
39 Transistor 1947 Organização de Computadores I Primeira Aula 39/57
40 Circuito Transistorizado Organização de Computadores I Primeira Aula 40/57
41 TX-0: Primeiro Computador Transistorizado Organização de Computadores I Primeira Aula 41/57
42 Na Mesma Época TX-0 desenvolvido no MIT. Fundada a DEC. Aparecimento de linguagens de programação de alto nível Fortran, para o IBM Organização de Computadores I Primeira Aula 42/57
43 Cartão Perfurado Organização de Computadores I Primeira Aula 43/57
44 Evolução dos Componentes Organização de Computadores I Primeira Aula 44/57
45 Circuito Integrado 1958 Jack Kilby Texas Instruments colocou 2 circuitos em uma mesma peça. IBM lançou a família /360 em DEC lançou o PDP-11. Antecessor do VAX-11 (obteve muito sucesso no ambiente universitário). Organização de Computadores I Primeira Aula 45/57
46 IBM Organização de Computadores I Primeira Aula 46/57
47 Família IBM /360 Família mesmo tipo de máquina (arquitetura, linguagem de máquina, etc) com diferentes capacidades e preços. Organização de Computadores I Primeira Aula 47/57
48 Microcomputadores Altair primeiro microcomputador Da MITS. Baseado no processador Intel Interpretador Basic desenvolvido por Bill Gates e Paul Allen, que fundaram a Microsoft. Organização de Computadores I Primeira Aula 48/57
49 Processador AMD Dual Core Organização de Computadores I Primeira Aula 49/57
50 Placa Mãe Organização de Computadores I Primeira Aula 50/57
51 Evolução do Desempenho Organização de Computadores I Primeira Aula 51/57
52 Evolução do Desempenho Organização de Computadores I Primeira Aula 52/57
53 Evolução do Desempenho Lei de Moore 1965 Gordon E. Moore prevê que número de transistores dobrará a cada 18 meses (a custo constante). Fonte: wikipedia. Organização de Computadores I Primeira Aula 53/57
54 Blue Gene IBM Organização de Computadores I Primeira Aula 54/57
55 Blue Gene Lawrence Livermore Organização de Computadores I Primeira Aula 55/57
56 Para Lembrar I Objetivos da Disciplina Sistemas numéricos. Representação de dados. Componentes de um computador. Básicos Processamento de dados Hardware e Software. Computador (digital). Sistema (de computação). Níveis de Linguagens. Organização de Computadores I Primeira Aula 56/57
57 Para Lembrar II Nem todo computador é eletrônico. O conceito de computador não é tão novo. Tendência de miniaturização. Permitiu a redução do espaço e/ou aumento na capacidade. Arquitetura de von Neumann: muito importante!!! Organização de Computadores I Primeira Aula 57/57
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