Organização e Arquitetura de Computadores

Transcrição

1 Organização e Arquitetura de Computadores Aula Introdutória Alexandre Amory Edson Moreno

2 Apresentação Disciplina: Organização e Arquitetura de Computadores Horário: 3NP e 5NP Alexandre Amory (178): alexandre.amory@pucrs.br Edson Moreno (168): edson.moreno@pucrs.br Página Web: Alexandre Amory: Edson Moreno:

3 Provas: Avaliações P1: 26/09 P2: 26/11 PS: 03/12 G2: 10/12 Composição das notas: G1 = (P1 + P2 + TP) / 3 TP = Média aritmética de parte dos trabalhos práticos realizados em aula T1: 22/08 T2 : 17/09 T3 : 29/10 T4 : 19/11 Aprovação Presença >= 75% G1 >= 7 G2 >= 5, para G1 >= 4

4 Objetivos Computadores estão onipresentes graças a avanços no hardware Hardware menor, mais barato, mais poder de processamento, menor consumo de energia, etc Computadores fazem um carro emitir menos poluentes, consumir menos combustível, aumentam a segurança Coisas possuem acesso a Internet O objetivo desta disciplina é apresentar, de forma condensada, como é a organização lógica dos computadores. Níveis de abstração que permitem programadores a desenvolver aplicações cada vez mais sofisticadas, complexas, inovadoras Desmistificar a separação hardware e software

5 Motivação Por que Hardware em SI? O sistema é o que interessa O sistema é composto por várias camadas. Algumas destas alto nível, outras baixo nível Desenvolvedor do sistema precisa saber os recursos de hardware existentes para desenvolver produtos melhores Gerentes de projeto precisam conhecer a interface hw/sw para fazer a especificação do projeto

6 Motivação Por que Hardware em SI? Clock dos processadores estagnou!!! Aumento de desempenho agora depende da exploração de paralelismo Programação seqüencial programação paralela Para reduzir o tempo de execução de uma aplicação agora o desenvolvedor do software precisa saber: Quantos cores existem para distribuir a aplicação Noções de hierarquia de memória e cache: para reduzir o impacto no tempo de acesso aos dados Outros mecanismos de hardware para aumentar o desempenho das aplicações

7 Transistores (MT) Lei de Moore X de aumento em 1.96 anos! P6 Pentium proc Ano # de transistores em Microprocessores duplica a cada 2 anos

8 Transistor

9 Porta lógica

10 Circuito

11 Elemento de processamento

12 Multicore

13 Tecnologia de fabricação

14 Power Wall * Computer Organization and Design: The Hardware and Software Interface

15 Power Wall * Computer Organization and Design: The Hardware and Software Interface

16 Power Wall * Computer Organization and Design: The Hardware and Software Interface

17 Uniprocessador multiprocessador Processadores estão no limite físico! Dissipação de energia e freqüência de operação Evolução depende de novos métodos : Exploração de paralelismo!!! Suporte em nível de hardware Dual core, quad core, etc Suporte em nível de software Programadores devem conhecer o hardware para obter ganhos de desempenho!!!!

18 Classes de Aplicações Desktop: computador pessoal, laptop Tópico dos slides anteriores Servidor: similar ao desktop, mas com maior poder de processamento, memória, armazenamento, etc Embarcado: Um computador dentre de um equipamento Carro, TV, telefone, brinquedo, vídeo game... Executa uma tarefa específica Possui restrições de projeto específicas Custo e Consumo de energia inúuuuuumeras aplicações (apresentarei algumas a seguir) É o maior mercado e o que cresce mais rapidamente

19 Milhões de computadores Onde está o mercado? Embarcado Desktop Servidores

20 Computação Embarcada Processadores mais simples que os processadores usados em desktop (Intel, Apple, etc) Exige conhecimento dos periféricos do sistema Entrada e saída: botões, leds, lcds, teclado, auto falante, interface de rede, cartão de mémória, smart card, leitor de impressão digital, etc Sensores: temperatura, fumaça, gases, pressão, etc Atuadores: motor Desenvolvimento de um sistema embarcado exige conhecimento de software e hardware!!!! Aplicações são inúuuuuuuuuuuuuumeras!!! Segue alguns exemplos

21 Vídeos do Youtube Exemplos de sistemas embarcados integrados com WebApp Arduino Microcontroller Feature Arduino Ethernet Webapp Control Your Home From Your Phone Internet das coisas:

22 Por que Hardware em SI? Resumo Desktop: Desde de 2005 (aprox) o processadores chegaram no limite de freqüência de operação e dissipação de energia A freqüência de operação não aumenta mais!!! Como rodar programas mais rapidamente?!!?!?!? Exploração de paralelismo Programa deve ser escrito para tirar vantagem os múltiplos processadores Processadores multicore Exploração de paralelismo possui conseqüências para desenvolvedores Desenvolvedor precisa conhecer mais sobre o hardware Desenvolvedor precisa aprender a escrever software paralelo

23 Por que Hardware em SI? Resumo Embarcados: O mercado que mais cresce!!! Internet das coisas Programador precisa conhecer os periféricos dos sistemas Precisa saber como acessar o hardware via o software Resumo geral: Separação entre hardware e software já não tem muito sentido O sistema e suas diversas camadas é o que interessa, o sistema é o produto

24 Conteúdo Funcionamento do Processador Modelagem lógica de problemas Funções primitivas e tabelas-verdade controle datapath Mem IO IO IO Circuitos combinacionais Conceito, circuitos básicos e aritméticos interconexão Circuitos sequênciais Conceito, circuitos básicos, memória e máquina de estados Processador Caracterização, organização interna Registradores de trabalho e de controle Formatos de instruções e modos de endereçamento Relação entre linguagem de montagem, linguagem Assembly, e linguagem de alto nível

25 Conteúdo Sistemas de Entrada e Saída (periféricos) Interface entre programa e dispositivo E/S Programada Modo Bloqueado Polling Interjeição Interrupção DMA Acesso Direto à Memória controle datapath Mem IO IO interconexão IO Dispositivos periféricos e interfaces Interfaces seriais Interfaces paralelas Interfaces de vídeo Barramentos e chaveadores Armazenamento secundário

26 Conteúdo Gerência de Memória controle datapath Mem IO IO IO Hierarquia de memórias Memória Cache Conceitos, características e organização Mapeamento de endereços Políticas de atualização interconexão Memória Virtual Conceitos, características e organização Sistemas paginados, segmentados e segmento-paginados Políticas de alocação, relocação e busca Translation Lookaside Buffer Conceitos, características

27 Conteúdo Arquiteturas para processamento paralelo Processamento paralelo Motivação para a exploração de paralelismo Medidas básicas de desempenho Complicadores, limitações, principais relações Paralelismo com múltiplos processadores Classificações Paradigmas de Comunicação Formas de interconexão controle datapath controle datapath Mem IO interconexão

28 Bibliografia BÁSICA HENESSY, J L.; PATTERSON, D. Arquitetura de Computadores: Uma Abordagem Quantitativa. 3ed. Rio de Janeiro: Campus, p. WEBER, R. F. Fundamentos de arquitetura de computadores. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, p. WEBER, R. F. Arquitetura de Computadores Pessoais. Série Livros Didáticos. 2ed. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, p.

29 Bibliografia COMPLEMENTAR DE ROSE, C. A. F.; NAVAUX, P. O. Arquiteturas Paralelas. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, p. HERZOG, J. H; Design and Organization of Computer Structures. Wilsonville: Franklin, Beedle & Associates, p. LOURENÇO, A. C, CRUZ, E. C, FERREIRA, S.; JÚNIOR, S. Circuitos Digitais. 3ed. São Paulo: Érica, p. MURDOCCA, Miles J., HEURING, Vincent P. Introdução à Arquitetura de Computadores. Rio de Janeiro: Campus, p. Stallings, William. Arquitetura e Organização de Computadores: Projeto para o Desempenho. São Paulo: Prentice Hall, p.

30 Relação com o Curso

31 Relação com o Curso

32 Relação com o Curso

33 Relação com o Curso