Arquitetura de Computadores

Transcrição

1 Arquitetura de Computadores Apresentação do curso Ronaldo de Freitas Zampolo

2 Tópicos Como iremos trabalhar Atendimento, avaliação, etc. Introdução e conceitos básicos Computador como máquina multi-nível Máquina de Von Neumann Lei de Moore Máquinas-exemplos 2/26

3 Apresentação do curso Professor: Ronaldo de Freitas Zampolo Atendimento Laboratório de Engenharia Elétrica, 2 o andar, sala n o 31. Telefone: ramal: 24 zampolo@ieee.org, zampolo@ufpa.br 3/26

4 Apresentação do curso Avaliação Provas escritas Trabalhos 4/26

5 Apresentação do curso Página: (opção: ensino) Download das listas de exercício Resultados das avaliações Avisos Links úteis 5/26

6 Apresentação do curso Objetivo: Fornecer ao aluno o entendimento básico da arquitetura interna de computadores, enfatizando os aspectos práticos e os recentes avanços na área. Situações de aplicação: Projeto e utilização de sistemas computacionais Análise crítica para seleção de tecnologias 6/26

7 Apresentação do curso Bibliografia: A. S. Tanenbaum, Organização estruturada de computadores, 4a ed., LTC, ( ast/) J. L. Hennessy, D. A. Patterson, Arquitetura de computadores uma abordagem quantitativa, Campus, M. J. Murdocca, V. P. Heuring, Introdução à arquitetura de computadores, Campus, /26

8 Como resolver esse problema? Olá! Quero editar um texto! 8/26

9 Hardware (Nível 0): Ling.(L0) e Máquina (M0) Solução: uma linguagem mais próxima da humana (L1) Programas passam a ser escritos em L1 Programador: preocupação apenas com L1 (M1 máquina virtual) Execução: conversão de L1 para L0 (hardware executa): Tradução Interpretação 9/26

10 Tradução Programa em L1 (programa-fonte) Todo o programa em L1 é convertido para L0, gerando o programa-objeto O programa em L1 é descartado Durante a execução, a máquina é controlada pelo programa-objeto residente em memória Tradutor: programa em L0 que realiza a tradução 10/26

11 Interpretação Programa em L1 Cada instrução do programa em L1 é convertida para L0 e imediatamente executada O programa em L1 não é descartado Durante a execução, a máquina é controlada pelo interpretador Interpretador: programa em L0 que realiza a interpretação 11/26

12 Computador como máquina de vários níveis Level n Virtual machine Mn, with machine language Ln Programs in Ln are either interpreted by interpreter running on a lower machine, or are translated to the machine language of a lower machine Level 3 Virtual machine M3, with machine language L3 Level 2 Virtual machine M2, with machine language L2 Programs in L2 are either interpreted by interpreters running on M1 or M0, or are translated to L1 or L0 Level 1 Virtual machine M1, with machine language L1 Programs in L1 are either interpreted by an interpreter running on M0, or are translated to L0 Level 0 Actual computer M0, with machine language L0 Programs in L0 can be directly executed by the electronic circuits 12/26

13 Computador de seis níveis Level 5 Problem-oriented language level Translation (compiler) Level 4 Assembly language level Translation (assembler) Level 3 Operating system machine level Partial interpretation (operating system) Level 2 Instruction set architecture level Interpretation (microprogram) or direct execution Level 1 Microarchitecture level Hardware Level 0 Digital logic level 13/26

14 Do nível 4 para cima: Programadores de aplicação (problemas a resolver) Linguagem: palavras, abreviações Abaixo do nível 4: Programadores de sistema (projeto de máquinas virtuais para suportar os níveis superiores) Linguagem: numérica 14/26

15 Arquitetura: conjunto de tipos de dados, operações e características de um dado nível (aspectos visíveis ao programador); Organização: relacionamentos estruturais (não vistos pelo programador), tais como freqüência de clock, tecnologia da memória, etc. 15/26

16 Nível da Lógica Digital A B C A B C A 1 A 4 ABC B 5 ABC A B C M 2 B 8 M ABC C 3 C 7 ABC (a) (b) 16/26

17 Nível da Microprogramação MAR To and from main memory MDR PC Memory control registers MBR SP LV Control signals CPP Enable onto B bus Write C bus to register TOS OPC C bus H B bus A B ALU control 6 ALU N Z Shifter 2 Shifter control 17/26

18 Nível da Arquitetura do Conjunto de Instruções FORTRAN 90 program FORTRAN 90 program compiled to ISA program C program C program compiled to ISA program ISA level ISA program executed by microprogram or hardware Software Hardware Hardware 18/26

19 Nível do Sistema Operacional Automatizar o trabalho do operador Compilar e executar programas Gerenciar arquivos Gerenciar memória Level 3 Operating system machine level Operating system Level 2 Instruction set architecture level Microprogram or hardware Level 1 Microarchitecture level 19/26

20 Nível da Linguagem de Montagem Nomes simbólicos para as instruções ISA (facilitar o uso) Montagem pura: relação 1 para 1 entre instruções desse nível com o nível ISA Nomes simbólicos para posições de memória Acesso a todas as instruções e características disponíveis da máquina-alvo (o que não ocorre nos níveis superiores) 20/26

21 Máquina de Von Neumann Definição de unidades com funções específicas Programa armazenado em memória Memory Control unit Arithmetic logic unit Accumulator Input Output 21/26

22 Lei de Moore (1965, por Gordon Moore) A cada 18 meses, a capacidade de integração dobra Transistors M 64K 4K 256K 16K 1K M 64M 4M Transistors 10M 1M 100K 10K 1K Moore's law Pentium Pentium Pro Pentium II Year of introduction 22/26

23 Variedade de sistemas computacionais: Sistemas muito simples: chips em cartões de aniversário Sistemas embarcados Processadores de propósito específico (DSPs, microcontroladores...) Processadores de propósito geral (Pentium...) 23/26

24 Pentium II Data: Março/1997 Fabricante: Intel Clock: 233 a 400 MHz Número de transistores: 7,5 M Pentium Pro com extensões para multimídia Compatibilidade com as versões anteriores (até o 8086) 24/26

25 UltraSPARC II Meados da década de 90 Projeto: Sun Microsystems Fabricantes licenciados Arquitetura de 64 bits Desde o início: aplicações multimídia 25/26

26 picojava II Projeto: Sun Microsystems Objetivo: executar binários baixados na rede com segurança JVM - Java Virtual Machine Multiplataforma Memória com palavras de 64 bits 26/26