Fundamentos de Arquiteturas de Computadores

Transcrição

1 Fundamentos de Arquiteturas de Computadores Prof. Marcos A. Guerine 1

2 Introdução Capítulo 1 Livro do Mário Monteiro Conceitos Básicos Processamento de dados Hardware e software Computadores Digitais Sistemas Sistemas de Computação Histórico 2

3 Computador Conceitos Básicos 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) DADOS (entrada) Processamento INFORMAÇÃO (saída) 3

4 Conceitos Básicos Organização de computadores Implementação da máquina Aspectos relativos aos componentes físicos específicos (memória, frequência do relógio, sinais de controle, etc.) Arquitetura de Computadores Tem impacto na elaboração dos programas Conjunto de instruções do processador, tamanho da palavra, tipo e tamanho dos dados manipulados, etc. 4

5 Conceitos Básicos Arquitetura de Computadores Família de computadores => x86 da Intel 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV Usuário troca de computador sem precisar alterar seus programas, pois toda a família emprega a mesma arquitetura No entanto, cada processador tem uma organização diferente Afeta o desempenho 5

6 Hardware Conceitos Básicos Conjunto de componentes físicos do computador Software Placas de circuito impresso, fiação, monitor, teclado, mouse, etc. Programas Conjunto de comandos (instruções) em uma sequência específica 6

7 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 7

8 Computadores Digitais 8

9 Computadores Digitais Símbolos são representados por conjuntos de algarismos (dígitos) Cujo valor varia discretamente no tempo Sistema de numeração binário (dígitos 0 e 1) ao invés de decimal 9

10 Computadores Digitais 10

11 Sistemas Conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo Sistema de transportes Sistemas circulatório Sistemas econômico Sistema de processamento de dados Sistema de computação hardware e software básico Sistemas de aplicação 11

12 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 12

13 Sistemas de Computação Processamento do Programa 13

14 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, Pascal, Cobol, Fortran, Lisp, etc. 14

15 Linguagem assembly Instruções Sistemas de Computação Mais baixo nível Programas maiores e mais difíceis de entender 15

16 Sistemas de Computação Linguagem de máquina (representação binária) Linguagem que o computador utiliza para executar o processamento 16

17 Departamento de Ciência da Computação - UFF Histórico da Evolução dos Computadores 17

18 Histórico Conceito de efetuar cálculos com equipamentos vem dos chineses Ábaco 2500 a 3000 ac Usados depois pelos babilônios e romanos 18

19 Histórico Geração Zero Computadores Mecânicos ( ) Século XVII 1642 Francês Blaise Pascal Contador mecânico (Pascalina) que realizava operações de soma e subtração, com inovações tecnológicas Permitia o uso do vai 1 Utilizava o conceito de complemento (usado até hoje para representação de ponto fixo) para realizar subtração através de soma de complemento Muito caro, com poucos exemplares (cerca de 50). 19

20 Máquina de calcular Pascal (frente)

21 Máquina de calcular Pascal (interior)

22 Histórico 1823 Inglês Charles Babbage Máquina de diferenças finitas: Sucessivas operações de adição e subtração, baseada no processo de diferenças finitas e permitia o cálculo de polinômios e funções Imprimia o resultado (em uma placa de cobre para posterior impressão em papel) Valores de até 15 algarismos e polinômios de até 3º grau Máquina analítica: possuía memória, processador e saída Máquina programável (Ada Lovelace) Porém, a máquina não funcionou. Necessitava de tecnologia que o século22 XIX não podia oferecer

23 Máquina de diferenças finitas Babbage

24 Máquina Analítica Babbage

25 Histórico Relés eletromecânicos permitiam abrir ou fechar automaticamente, atuando como chaves Representação binária (0 e 1) Alemão Konrad Zuze 1936 máquina Z máquina Z3 controlada por programa Destruídas na segunda guerra mundial Nessa época foi fundada a IBM (1924) 25

26 Relé eletromecânico 26

27 Máquina Z3 Zuse

28 Histórico ~1942 -Americanos John Atanasoff e George Stibbitz Atanasoff construiu máquina avançada, com aritmética binária e memória Composta por capacitores recarregados periodicamente. Não funcionou, derrotado pela baixa tecnologia de hardware Stibbitz construiu máquina que funcionava - apresentação em público 28

29 Histórico Atanasoff Stibbitz

30 Histórico 1944 Americano Howard Aiken Construiu com relés a máquina de Babbage, Mark I Entrada e saída por fita de papel perfurado Mark II, computadores com relés estavam ultrapassados.. Aiken

31 Válvula Primeira Geração Válvulas ( ) Surgimento dos primeiros computadores eletrônicos A função de uma válvula eletrônica é abrir ou fechar um circuito, dependendo da intensidade da corrente que passa através dela em determinado momento Mensagens alemãs codificadas - ENIGMA Computador eletrônico COLOSSUS para decifrar mensagens Segredo militar, não foi adiante 31

32 Circuito com Válvula 32

33 Histórico 33 John Mauchly e John P. Eckert (Universidade da Pensilvânia) Projetaram o primeiro computador eletrônico de propósito geral que funcionou até 1955 ENIAC Eletronic Numerical Integrator And Computer Continha mais de válvulas, 800 quilômetros de cabos, 1500 relés, 30 toneladas Aritmética decimal Programado por meio do ajuste de 6 mil interruptores

34 ENIAC 1943 a

35 ENIAC

36 Histórico John von Neumann (Húngaro, naturalizado americano) Percebeu que programar com interruptores era tarefa lenta, chata e mecânica Projetou EDVAC (aperfeiçoamento do ENIAC) e IAS em Princeton Computador eletrônico de programa armazenado, com aritmética binária Arquitetura empregada até os dias atuais 36

37 Transistor Segunda Geração Transistores ( ) Transistor revolucionou os computadores Em menos de 10 anos os computadores de válvulas estavam obsoletos TX-0 (Transistored experimental Computer 0) desenvolvido no MIT Em 1961 a DEC (concorrente da IBM) lançou o PDP-1 pelo preço de 120 mil dólares (nasce a indústria de minicomputadores) PDP-8 (DEC), 7090 e 7094 (IBM) Aparecimento de linguagens de programação de alto nível. Ex: FORTRAN 37

38 TX-0: Primeiro Computador Transistorizado

39 Cartão Perfurado FORTRAN

40 Circuito Integrado Terceira Geração Circuitos Integrados ( ) Permitiu dezenas de transistores em um único chip. Possibilitou a construção de computadores menores, mais rápidos e mais baratos Em 1964 a IBM lança o System/360, família de máquinas com mesma arquitetura e linguagem de montagem Suportava multiprogramação (vários programas em memória ao mesmo tempo) DEC lançou o PDP-11 40

41 Evolução dos Componentes 41

42 IBM

43 Microcomputadores Altair primeiro microcomputador 1975 Fabricante MITS Baseado no processador Intel 8080 Utilizava um interpretador da linguagem Basic desenvolvido por Bill Gates e Paul Allen, que fundaram a Microsoft 43

44 Microcomputadores Quarta Geração Circuitos Altamente Integrados (1980-?) Permitiu milhões de transistores em um único chip. Novamente, surgiram computadores cada vez menores menores, mais rápidos e mais baratos Computador Pessoal Computadores vendidos em kits, sem SO Apple I e o Apple II tornam-se populares Macintosh com interface gráfica de usuário IBM PC (+ Microsoft)- MS-DOS -> OS/2 -> Windows Computador Portátil 44

45 Lei de Moore Gordon Earle Moore, então presidente da Intel, profetizou que a quantidade de transistores em um mesmo chip dobraria a cada 18 meses, mantendo-se o mesmo custo de fabricação 45

46 Processador AMD Dual Core 46

47 Placa Mãe 47

48 Histórico do Desempenho das Estações de Trabalho Desempenho indicado pelo número de vezes que o computador é mais rápido que o VAX-11/780 (padrão usado) 48

49 Créditos Material cedido pela Profa. Cristina Boeres. 49