Arquitetura de Computadores

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Roberto Chaves Pais
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1 Arquitetura de Computadores

2 Arquitetura de Computadores Definições... a estrutura de um computador que um programador de código máquina tem de entender para escrever corretamente um programa para essa máquina (P&H) Por outras palavras: a parte do conjunto de instruções visível ao programador Descrição lógica dos componentes básicos + operações básicas (do computador) Através de uma Linguagem chamada Assembly AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 2 /

corretamente um programa para essa máquina (P&H) Por outras palavras: a parte do conjunto de instruções

3 Arquitetura de Computadores (2) Todos os processadores têm a mesma arquitetura? Não! As arquiteturas dividem-se em famílias MIPS, PIC, SPARC, Alpha, Motorola, Intel, etc... Cada família têm a sua própria arquitetura Consequentemente, cada arquitetura tem a sua linguagem Assembly ( idioma ) A mesma arquitetura implica o mesmo hardware? Não! AMD e Intel utilizam mesma arquitetura (e.g. x86) ter mesma arquitetura correr mesmos programas AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 3 /

.. Cada família têm a sua própria arquitetura Consequentemente, cada arquitetura tem a sua linguagem Assembly (

4 Idioma do Computador Para compreender a arquitetura de um computador Aprender o idioma do computador Idioma conjunto de palavras Palavras da linguagem do computador Instruções Idioma do computador Conjunto de instruções Instruction Set Arquitecture (ISA) Parte da arquitetura relacionada com a programação AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 4 /

Instruções Idioma do computador Conjunto de instruções Instruction Set Arquitecture

5 Código Máquina O computador fala binário Instruções em código máquina: É difícil para os humanos ler código máquina Preferimos representar as instruções num formato simbólico chamado: Assembly: add $t0, $t1, $t2 Muito mais simples de ler! AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 5 /

Preferimos representar as instruções num formato simbólico chamado: Assembly:

6 Do código fonte ao código máquina Compilar Assemblar Linkar Compilador: tradutor para assembly de cada arquitetura p.ex. com gcc pode-se pedir compilar apenas: gcc -S programa.c Assemblador: produz código máquina (ficheiros objeto.o) Tradução de assembly para código máquina: ASSEMBLAGEM p.ex. com gcc pode-se pedir compilar e assemblar apenas: gcc -c programa.c Não tem ligação às bibliotecas, por isso, não pode ser executado Linkador: Liga os vários ficheiros objeto (com as bibliotecas) e produz o executável Nesta cadeira, vamos trabalhar com compiladores para MIPS32 AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 6 /

o) Tradução de assembly para código máquina: ASSEMBLAGEM p.ex. com gcc pode-se pedir compilar e assemblar apenas: gcc -c programa.

7 Camadas do Computador AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 7 /

8 Linguagem Assembly É a visualização da arquitetura de um computador em termos de programação Estudá-la é o mesmo que estudar a arquitetura do processador para o qual se programa Objetivo: conhecer melhor o funcionamento dos computadores AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 8 /

arquitetura do processador para o qual se programa Objetivo:

9 Linguagem Assembly (2) Linguagem de baixo nível (mais baixo só binário) Uma instrução Assembly corresponde a uma instrução máquina (Assembly puro) Exemplo de programa em Assembly MIPS (não puro):.data msg_ola:.asciiz "Ola mundo!\n";.text main: la $4, msg_ola li $2, 4 syscall li $2, 10 syscall AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 9 /

$programa em Assembly MIPS (não puro):.data msg_ola:.asciiz "Ola mundo!\n";.$

10 Linguagem Assembly (3) Não é frequente programar-se em Assembly Os programas são, normalmente, feitos numa linguagem de alto nível (e.g. Java, C) Programas feitos em: Linguagens de alto nível são independentes (supostamente) da máquina onde correm Java são totalmente independentes do processador onde correm Assembly são escritos completamente em função do processador AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 10 /

agem de alto nível (e.g. Java, C) Programas feitos em: Linguagens de alto nível são independentes

11 Assembly, para quê? Além dos motivos pedagógicos (arquitetura) A linguagem assembly é ideal para problemas onde a arquitetura do processador precise ser visível Sistemas operativos, compiladores, drivers, gráficos de baixo nível Sistemas Embebidos (principalmente), onde o processador é parte de uma máquina criada para um problema específico AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 11 /

arquitetura do processador precise ser visível Sistemas operativos, compiladores, drivers,

12 MIPS32 Porquê? MIPS: Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages É uma arquitetura RISC De todas as ISAs, a MIPS32 é das mais simples Simples = Eficiente Simples = Mais fácil de aprender mais simples que IA32 (A ISA para a arquitetura x86) Abrange os conceitos básicos de qualquer arquitetura mais evoluída AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 12 /

todas as ISAs, a MIPS32 é das mais simples Simples = Eficiente Simples = Mais fácil de

13 Utilizadores de MIPS Routers Cisco, Linksys Sony Playstation 2, e PSP Dispositivos WinCE Telemóveis Tablets etc... AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 13 /

14 Emulação Outra vez: Arquitetura de um processador? Descrição lógica dos componentes e operações básicas Pode ser implementada em hardware ou em software! Em hardware: processador (em silício) Em software: emulador (em execução num computador) Emuladores da arquitetura MIPS: PCSPIM, xspim, MARS, AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 14 /

15 MARS (1) Vamos utilizar o emulador da arquitetura MIPS32, MARS MARS: MIPS Assembler and Runtime Simulator Funciona sobre a JVM (JRE) Pode ser descarregado em: ou na tutoria eletrónica AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 15 /

(JRE) Pode ser descarregado em: http://courses.missouristate.

16 MARS (2) AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 16 /

17 MARS (3) AA2011/2012 ArqC - DEEI - UAlg 17 /

18 Série de Fibonacci

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