Arquitetura e Organização de Computadores I Prof. Cláudio C. Rodrigues Arquitetura e Organização de Computadores I Objetivo: Entender a regra dos componentes de um sistema computador e como eles trabalham juntos. Entender a função e operação da CPU. Bibliografia: 1. Arquitetura e Organização de Computadores, 8ª edição - William Stallings - Prentice Hall. livro texto 2. Organização Estruturada de Computadores, 3/e - Andrew Tanenbaum - Prentice-Hall do Brasil. 3. The Art of Assembly Language Programming - Randall Hyde - ftp internet 4. Assembly Language for Intel-Based Computers Third Edition Kip Irvine Desenvolver um entendimento do formato do conjunto de instruções e a operação do ciclo de instruções. Dado um conjunto de instruções, o aluno será capaz de escrever rotinas simples em linguagem de montagem (assembly). Entender o controle microprogramado. 2 Programa I. VISÃO ABRANGENTE. 1. Introdução. 2. Evolução dos Computadores e Desempenho. II. O SYSTEMA COMPUTADOR. 3. Unidade de Processamento 4. Barramento do Sistema. 5. Organização Hierárquica de Memória - Memória Interna e Externa. 6. Entrada/Saída. 7. Suporte ao Sistema Operacional. III. Programação em Linguagem de Máquina. 8. Aritmética do Computador. 9. Conjunto de Instruções: Características e Funções. 10. Arquitetura do Conjunto de Instruções : - Modos de Endereçamento e Formatos. William Stallings Arquitetura e Organização de Computadores Capítulo 1 Introdução 3 1
Arquitetura x Organização Arquitetura & Organização 1 Attributes of a system visible to the programmer Have a direct impact on the logical execution of a program Arquitetura de Computadores Atributos de Organização incluem: Hardware details transparent to the programmer, control signals, interfaces between the computer and peripherals, memory technology used Atributos de Arquitetura incluem: Organização de Computadores Instruction set, number of bits used to represent various data types, I/O mechanisms, techniques for addressing memory The operational units and their interconnections that realize the architectural specifications Arquitetura são aqueles atributos visíveis aos programadores conjunto de instruções, número de bits utilizados para representar os dados, mecanismos de E/S, técnicas de endereçamento. exemplo: há uma instrução para multiplicação? Organização está preocupada em como os aspectos são implementados sinais de controle, interfaces, tecnologia de memória. Exemplo: há um hardware para multiplicação ou é feita via somas sucessivas? 5 6 Arquitetura & Organização 2 Projeto de Sistemas Toda a família Intel x86 compartilha a mesma arquitetura básica. A família IBM System/370 compartilha a mesma arquitetura básica. Isto determina a compatibilidade de código pelo menos para as versões anteriores. A organização difere entre diferentes versões. Sistemas Hierárquicos Conjunto de subsistemas inter-relacionados A natureza hierárquica de sistemas complexos é essencial para o projeto e descrição desses sistemas. O projetista precisa somente se preocupar com um nível particular do sistema a cada vez. foco nas características estruturais e funcionais cada nível de projeto. 7 8 2
Estrutura & Função Função Estrutura é a forma como os componentes se relacionam uns com os outros. Função é a operação dos componentes individuais como parte da estrutura. As funções de um computador são: Processamento de dados (data processing) Armazenagem de dados (data storage) Movimento de dados (data movement - E/S) e (control) 9 10 Visão Funcional Operações (1) Visão funcional de um computador movement ex., teclado para vídeo (keyboard to screen) 11 12 3
Operações (2) Operação (3) internet download para unidade de disco Processamento de/para memória ex., atualizando saldo bancário 13 14 Operação (4) Estrutura Vista superior Processando da memória para E/S impressão do saldo bancário Peripherals Computer Central Unit Main Memory Computer Systems Interconnection Communication lines Input Output 15 16 4
Estrutura - A Unidade de Processamento Estrutura A Unidade de e CPU Unit I/O Computer System Bus Memory CPU Registers Internal CPU Interconnection Arithmetic and Login Unit ALU Registers CPU Internal Bus Unit Sequencing Logic Unit Registers and Decoder Unit Memory 17 18 Principais componentes Estruturais: Arquitetura e Organização de Computadores CPU a a operação do computador e a realização do processamento de dados. Memória Armazena dados e instruções I/O Movimenta dados entre o computador e o ambiente externo. Sistema de Interconexão Provê o caminho físico para a comunicação entre os componentes estruturais (CPU, memória e I/O). Esboço do livro: Evolução e desempenho do computador. Estruturas de interconexão do computador. Memória interna. Memória externa. Entrada/saída. Suporte do sistema operacional. Aritmética do computador. Conjuntos de instruções. 19 20 5
Arquitetura e Organização de Computadores Recursos da Internet Sítio Web do livro Estrutura e função da CPU. Computadores com conjunto reduzido de instruções. Processadores superescalares. Operação da unidade de controle. e microprogramado. Multiprocessadores e processamento de vetor. Lógica digital (Apêndice). http://williamstallings.com/coa/coa7e.html links para sites de interesse; links para sites de cursos que usam o livro; errata para o livro; informações sobre outros livros de W. Stallings. http://williamstallings.com/studentsupport.html Math. How-to. Research resources. Miscellaneous. 21 22 Recursos da Internet Outros sites Web WWW Computer Architecture Home Page. CPU Info Center. Processor Emporium. ACM Special Interest Group on Computer Architecture. IEEE Technical Committee on Computer Architecture. Intel Technology Journal. Sites de fabricantes: Intel, IBM etc. 23 6