Arquitetura de Computadores Prof.º Me. James Clauton
Plano de Aula Apresentação da Turma Apresentação da Disciplina Apresentação geral Ementa Bibliografia Critério de avaliação Motivação
Apresentação da Disciplina Base numérica; Introdução a arquitetura; Arquitetura básica(cpu, registradores, Unidade Logica aritmética(ula), unidade de controle,...); Arquitetura avançada(risc, pipelining, multiprocessamento,...); Barramentos; Memoria(codificação de endereços); Arquitetura do conjunto de instruções(isa); Ciclo de busca e execução.
Bibliografia Introdução a Organização de Computadores - 4º ed Mario A. Monteiro LTC 2002; Arquitetura e Organização de Computadores 5º ed. Willian Stallings - Prentice Hall - 2002; Organização estruturada de computadores 4º ed. Andrew S. Tanenbaum LTC 2002;
Critério de Avaliação Exercícios aplicados em sala de aula e laboratório; Exercícios extra classe; Trabalhos; Provas individuais; Média Provas peso 6(seis); Trabalhos peso 4(quatro).
Computadores Os computadores são maquinas eletrônicas e eletromecânicas capaz de coletar dados sistematicamente e manipula-los de forma a organizar e assim transforma-los em informação. Esta manipulação nos o chamamos de processamento e as informações iniciais são denominadas de dados.
Um conjunto de instruções sequencialmente organizadas e executadas por um único processador é chamado de trem de dados. SISD (Single instruction stream, single data stream): são processadores que executam uma instrução completa de cada vez, isto de forma sequencial. MISD (Multiple instruction stream, single data stream): varias instruções podem ser executadas simultaneamente, mais manipulando um único conjunto de dados. SIMD (Single instruction stream, multiple data stream): o processador opera de modo que uma única instrução acessa e manipula um conjunto de dados simultaneamente. Neste caso a unidade controle do processador aciona diversas unidades de processamento. MIMD(Multiple instruction stream, multiple data stream): executa várias ações diferentes em múltiplas partes dos dados simultaneamente. Um exemplo é a realização simultânea de diversos cálculos matemáticos, como adição e multiplicação, para a resolução de um problema matemático complexo com muitos componentes separados.
Computadores X Maquinas de Cálculos Alta velocidade na execução de suas operações; Grande capacidade de armazenar informações(memória); Capacidade de executar longa sequencia alternativa de operações(programa).
Abaco A primeira calculadora que se tem notícias é o ábaco, de origem chinesa, do século V a.c. (antes de Cristo) capaz de efetuar operações algébricas elementares.
Maquina de calcular A evolução do Abaco foi a maquina de calcular de Blaise Pascal que surgiu no século XVII(1642), onde construiu um contador mecânico que realiza operações aritméticas de adição e subtração por meio de rodas e engrenagens dentadas.
Maquina de calcular Em 1823 Chales Babbagem produziu uma maquina de calcular programável, coma finalidade de gerar tabelas de navegação para a Marinha Britânica. Babbage projetou dois maquinas, sendo elas: Maquina das diferenças: era um dispositivo mecânico que usava somente adição e subtração, e cujo cálculos matemáticos se baseavam no processo das diferenças finitas. Maquina analítica: era um computador mecânico capaz de armazenar cerca de 1000 números de 20 dígitos e que possuía um programa que podia modificar o seu funcionamento, fazendo realizar diferentes cálculos.
Maquina das Diferenças Maquina Analítica
O alemão Konrad Zuse criou em 1936 uma maquina chamada de Z1, baseada em reles mecânicos, que usava um teclado com entrada de dados e lâmpadas como saída(dispositivo binário acesa e apagada). Em 1937 pode-se dizer que nasce a ideia do computador moderno com as publicações de Alan Turning e dos planos de John Von Neumann para uma maquina de calcular que poderia fazer cálculos matemáticos e processamento logico das informações. Em 1941 Zuse aperfeiçoou o equipamento o nomeando como Z3, onde utilizava reles eletromagnéticos e era controlado por um programa.
1º Geração Computadores a reles e válvulas; Entre 1943 e 1946 John Mauchly e John P. Eckert projetaram o primeiro computador eletrônico e digital, que poderia alterar através de um programa o tipo de calculo a ser realizado com os dados. Este computador era o Eniac (Eletronic Numerical Integrator And Computer) Também foi projetado o Edvac em 1952, que era uma melhoria em relação ao Eniac.
Eniac
Edvac
Sobre Eniac: 18000 válvulas; 7000 resistores; 10000 capacitores; Peso: 30 toneladas; Area: 1400m²; Consumo:150 Kw; Programação: cartões perfurados;
As válvulas representavam um grande avanço tecnológico, mas apresentavam alguns problemas: Alto aquecimento: queima constante; Elevado consumo de energia; Relativamente lentos;
2ª Geração Os cientistas do Bell Laboratories em 1947 produziram o efeito transistor, usando um diodo semicondutor. Os transistores são menores, dissipam menor quantidade de calor e usam menor quantidade de energia do que as válvulas.
A IBM tornou-se a maior fabricante de computadores, seguida pela DEC(Digital Equipment Corporation); A DEC lançou o PDP-1, uma maquina de pequeno porte comparada com as existentes e com uma tecnologia avançada comparada com as demais; O aparecimento de unidades aritméticas e logicas mais complexas; O aparecimento da linguagem de programação de nível superior aos das linguagens Assembly da época, o Fortran. A Texas Instruments anunciou o inicio da produção dos transistores de silício.
3º Geração O surgimento do circuito integrado(ci), que consumia menor quantidade de energia, dissipava menor quantidade de calor e era menor; No primeiro CI existia cinco componentes em uma peça de germânio com meia polegada de comprimento e fina como um palito de dente;
As maquina eram mais rápidas; Maior poder de processamento num menor espaço e um menor consumo de energia; Aparecimento dos microprocessadores num único chip, produzidos pela Intel Corparation; Primeiros CI 10 ou 20 transistores em um chip(ssi Small-Scale Integration); 20 a 200 transisitores em um chip(msi Medium-Sacel Integration) anos 60; Até 5000 transistores em um chip(lsi Large-Scale Integration) anos 70;
Redes Surgimento dos minicomputadores permitiu introduzir a noção de sistema distribuído; Repartição das capacidades de processamento e armazenamento de dados entre vários equipamentos; Compartilhamento de dados e recursos; Adaptação das estruturas de interconexão à estrutura das atividade empresarias: diversos microcomputadores distribuídos nos diversos setores(departamentos) de uma empresa;
4º Geração Integração em larga escala(vlsi), onde milhares de milhões de transistores num único chip; Computadores pessoais(pcs) e estações de trabalho.
Computadores da 4º Geração PC XT PC AT PC 386 PC 486 Pentium
Os microprocessadores caminham para arquiteturas de 64 bits, ao mesmo tempo surge processadores dedicados a internet e a sinais digitais(dsp Digital Signal Processor). Grandes computadores caminham para o processamento paralelo, onde vários processadores será envolvidos para resolver um único problema.
Ultimas gerações A passagem entre as outras gerações não são claras como as anteriores, mais pode-se notar grande evolução dentre os computadores. Uma característica é a diminuição dos computadores e seus componentes.