BC1503: Arquitetura de Computadores 1o Trimestre / 2009 Aula 1: Introdução à Organização de Computadores Prof. Raphael Y. de Camargo raphael.camargo@ufabc.edu.br
Roteiro da Aula Introdução História da arquitetura de computadores Tipos de Computadores
Organização de Computadores Computador executa um conjunto de instruções (programa) que lhe é passado Decisão de projeto Definir conjunto de instruções Normalmente são instruções simples Ex: Some 2 números Difícil para seres humanos programarem Porque então escolher instruções simples?
De 2 a Múltiplos Níveis Primeiras máquinas tinham 2 níveis: Nível 0 (lógico): circuitos eletrônicos Nível 1 (ISA): linguagem de máquina Circuitos eram extremamente complexos - Computadores de 3 níveis - Um interpretador (microprograma) passou a ser responsável por interpretar instruções ISA - Os circuitos lógicos executariam o microprograma Hardware passou a ser software
De 2 a Múltiplos Níveis Aparecimento dos Sistemas Operacionais Antes, 1 programador utilizava a máquina por vez SO: Automatiza o gerenciamento SO: Permite múltiplos usuários ao mesmo tempo Sistemas batch e de tempo compartilhado Década de 70: Explosão do número de instruções das máquinas Era fácil adicionar novas instruções Exemplos: multiplicação e divisão, ponto flutuante, procedimentos, laços, cadeias de caracteres, vetores, comutação de processos, multimídia, etc.
Máquinas Contemporâneas
Geração 0 Computadores Mecânicos (1642-1945) Pascal: calculadora mecânica em 1642 Apenas somas e subtrações Leibniz: também multiplicação e divisão Charles Babbage (1792-1871) Máquina diferencial: utilizado em navegação naval Máquina analítica: Lia dados de cartões perfurados, processava-os no moinho e devolvia respostas Programação: Ada Lovelace Não foi possível construir o computador com a tecnologia da época
Geração 0 Computadores Mecânicos (1642-1945) John Atanasoff Aritmética binária e capacitores para a memória Não foi possível construir com a tecnologia da época Horward Aiken Construiu o computador de Babagge com relés eletromecânicos Mas a era eletrônica já havia começado
Geração 1: Válvulas (1945-1955) Segunda guerra mundial ENIGMA: Codificava mensagens alemãs enviadas a submarinos COLOSSUS: Projeto secreto britânico para decodificar as mensagens alemãs. ENIAC: 18 mil válvulas, 1500 relés, 30 ton e 140kW de energia. Programação com interruptores multiposição e muitos cabos
Geração 1: Válvulas (1945-1955) Máquina de Von Neumann Arquitetura é utilizada até hoje nos computadores modernos Base para computadores EDVAC e IAS Memória de 4096 palavras de 40 bits Palavra: 2 instruções de 20 bits ou um inteiro de 40 bits
Geração 2: Transistores (1955-1965) Principais computadores: DEC PDP-1 e IBM 7090 PDP-1: 4096 palavras de 18 bits e 200 mil IPS IBM 7090: Dobro da capacidade PDP-1 custa 120 mil dólares e o IBM 7090 milhões PDP-8: Apenas 12 bits mas muito mais barato Dois tipos de computadores da IBM Processamentos numéricos científicos (7090) Processamento de palavras (1401) Seymor Cray Supercomputadores 6600, 7600 e Cray-1
Geração 3: CIs (1965-1980) CIs: dezenas de transitores em um CI Computadores menores e mais baratos IBM System 360 Família de computadores para diferentes requisitos Capacidade de emular tanto o 1401 quanto o 7090 Emulação era implementada por um microprograma Registradores de 32 bits e endereçamento de 24 bits DEC PDP-11 Versão 16 bits do PDP-8
Geração 4: VLSI (1965-1980) VLSI: Very Large Scale Integration Permitiu colocar milhões de transistores no mesmo chip Computadores menores e mais baratos Comp. pessoais Computadores pessoais Vendidos como kits de peças (SO vendido à parte) Aparecimento do Apple (II) IBM cria o PC e divulga especificações ótimo para a computação é péssimo para a IBM A única sobrevivente foi a Apple, graças ao Machintosh e sua revolucionária interface gráfica
Geração 4: VLSI (1965-1980) Microsoft, Intel e IBM IBM tentou licenciar o CP/M para vir junto com o IBM PC Kindall não aceitou (pior decisão de negócios da história?) Bill Gates comprou o DOS de uma pequena empresa IBM e Microsoft desenvolveram o OS/2, sucessor do DOS Microsoft desenvolveu o Windows em paralelo Intel/Microsoft dominaram completamente o mercado Máquinas 64 Bits DEC lançou o Alpha 64 bits (máquina RISC de 64 bits) Intel criou a arquitetura IA-64 para substituir o Pentium AMD criou a arquitetura x86-64
Evolução dos Computadores Evolução extraordinária Número de transistores duplicados a cada 18 meses Lei de Moore Grande aumento da capacidade de armazenamento Lei do software de Nathan: O software é como um gás, que se expande até preencher o recipiente que o contém. Aumento da velocidade das redes Fibras óticas: de 300 bits/s a 10 12 bits/s em 2 décadas
Lei de Moore
Tipos de Computadores Preços de computadores variam de frações de dólares a milhões de dólares
Próxima aula Processadores Organização Exemplos Paralelismo em processadores Memória Primária Organização Códigos de correção de erro Memória Cache
Exercícios Considere um computador com interpretadores idênticos no níveis 1, 2 e 3. O interpretador precisa de n instruções para executar uma instrução do nível superior. Cada instrução do nível 1 requer k nanosegundos para ser executada. Quanto tempo é necessário para executar uma instrução dos níveis 2, 3 e 4?