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Arquitetu.. Arquitetu.. Presentation Transcript

  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 1 ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃOARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORESDE COMPUTADORES Paulo Alexandre Serra Coucello da Fonseca Engenheiro Eletrônico Mestre em Ciência da Computação E-mail: paulo.bacalhau@gmail.com
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 2 ConceitosConceitos ● Base de numeração e aritmética binária  representação  Conversão entre bases  Operação na aritmética binária ● Evolução das arquiteturas ● Arquitetura de Von Neumann
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 3 ConceitosConceitos  Computador - como sendo uma máquina eletrônica, capaz de solucionar problemas através da execução automática de instruções que lhe sejam previamente fornecidas.  Hardware - constituído pelos circuitos eletrônicos que compõem o computador e que o tornam capaz de reconhecer e executar um conjunto limitado de instruções simples.  Software - constituído pelo conjunto de programas necessários para tornar o hardware útil e operacional.  Programa - como sendo uma peça de software constituída por uma seqüência de instruções que descrevem ao computador como executar uma determinada tarefa.  Linguagem de máquina - constituída pelo conjunto básico de instruções que são reconhecidas pelo hardware e, para a qual todo programa precisa ser convertido para que possa ser executado.  Tradutor - um programa que converte outros programas para a linguagem de máquina.  Pode ser de três tipos: montador (para a linguagem assembly), interpretador (tradução e execução passo a passo) e compilador (tradução e execução em fases distintas). View slide
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 4 ConceitosConceitos  Bit (Binary digiT ): É a menor unidade de informação que podemos armazenar na memória de um computador .  Nible: É um conjunto formado por 4 bits, cuja à combinação de estados representa valores de 0 a 15 .  Byte: É um conjunto de 8 BITS , cuja combinação de estados representa os diversos símbolos ou caracteres que compõem a informação.  Kilo K 2^10 = 1 024  Mega M 2^20 = 1 048 576  Giga G 2^30 = 1 073 741 824  Tera T 2^40 = 1 099 511 627 776  Peta P 2^50 = 1 125 899 906 842 624  Exa E 2^60 = 1 152 921 504 606 846 976  Zetta Z 2^70 = 1 180 591 620 717 411 303 424  Yotta Y 2^80 = 1 208 925 819 614 629 174 706 176 View slide
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 5 representaçãorepresentação ASCII : “American Standard Code for Information Interchange” EBCDIC : “Extended Binary Coded Decimal Interchange Code” CBII : “Código Brasileiro para Intercâmbio de Informações”
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 6 Conversão entre basesConversão entre bases
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 7 Conversão entre basesConversão entre bases ( )bmnn dddddN −−−= .............. 0121 Onde : d Indica cada algarismo do número n-1 Indica a posição de cada algarismo no número b Indica a base n Indica o número de dígitos inteiros m Indica o número de dígitos fracionários
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 8 Conversão entre basesConversão entre bases  Exemplo de conversão de base 2 para base 10:  O número (1101101)2 pode ser convertido aplicando-se a fórmula 108 104803264 21202121202121 10 10 0123456 10 N N xxxxxxxN = ++++++= ++++++=
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 9 Evolução das arquiteturasEvolução das arquiteturas  Colossus Mark I (Alan Turing) Decodificação de mensagens.  EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), da Universidade de Cambridge (Inglaterra), de maio de 1949, por Maurice Wilkes, primeira máquina baseada nos conceitos de Von Neuman;  BINAC (Binary Automatic Computer), da Eckert-Mauchly Computer Corporation (EMCC) construído sob encomenda da Northrop Aircraft Corporation, operacional em Setembro de 1949;  UNIVAC (Universal Automatic Computer), da Remington Rand Co. (que incorporou a EMCC), com a primeira unidade operacional em março de 1951;  Whirlwind, do MIT por Jay Forrester, projetado como o primeiro computador para aplicações tempo-real. O Whirlwind tornou-se a base para projetos de minicomputadores;
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 10 Evolução das arquiteturasEvolução das arquiteturas  IBM 701, voltado para aplicações científicas (ex-Defense Calculator), foi o primeiro computador eletrônico da IBM (dezembro 1952);  IBM 704 (1955) FORTRAN – 1ª Linguagem de programação  IBM 650 Magnetic Drum Computer, apresentado como o modelo barato da IBM (US$200K), anunciado em 1953. Essa máquina foi a base para o modelo IBM 1401 (transistorizado, anúncio em outubro de 1959, entrega no início de 1960 a um custo de US$150K).  DEC PDP-1 (1960), primeiro computador comercial com teclado e monitor de vídeo, protótipos: TX-0 (MIT, 1956) e TX-2;  IBM 7090 e 7094, versões transistorizadas do computador IBM709.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 11 Arquitetura de Von NeumannArquitetura de Von Neumann Conceito de programa armazenado Números binários Logica de circuitos
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 12 Arquitetura de Von NeumannArquitetura de Von Neumann A característica de máquinas Von Neumann é a composição do sistema a partir de três subsistemas básicos: CPU, memória principal e sistema de entrada e saída.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 13 Problemas AtuaisProblemas Atuais Hierarquia de memórias Paralelismo dos processadores (pipeline) Otimização dos compiladores Temperatura
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 14 Segunda aulaSegunda aula
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 15 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOCÁLCULO  O desenvolvimento do computador foi baseado na necessidade de cálculos exatos e rápidos (coletas de impostos, censo, comércio, etc.)  Primeiros computadores forma desenvolvidos a mais de 3000 anos.  Os dedos foram o primeiro instrumento de cálculo utilizado pela humanidade.  Romanos decoravam a tabuada de multiplicação até 5, sendo outros cálculos feitos com os dedos.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 16 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁCULOCÁCULO 9 X 7 = ? 10 – 9 = 1 10-7 = 3 Abaixa 1 dedo abaixa 3 dedos Soma dos dedos erguidos 4 + 2 = 6 Algarismo das dezenas 9 x 7 = 6 3 Produto dos dedos abaixados Algarismos das unidades 1 x 3 = 3
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 17 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOCÁLCULO ÁBACOÁBACO
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 18 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOCÁLCULO ÁBACO Instrumento construídos de conchas móveis se movimentando em eixos Foi aperfeiçoado pelos chineses
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 19 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOCÁLCULO Multiplicação dos Árabes Método atual de multiplicação é baseado no método tabular desenvolvido pelos árabes.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 20 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOCÁLCULO 217 X 14 = ? O produto é a soma dos dígitos nas diagonais. 2 1 7 2 1 7 8 4 8 2 1 4 É feito o produto de cada dígito do número 217 por 1 É feito o produto de cada dígito do número 217 por 4
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 21 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOCÁLCULO217 X 14 = ? 1 1 2 1 7 2 8 4 8 2 1 7 3 0 3 8 217 X 14 = 3 0 3 8
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 22 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOSCÁLCULOS Primeira máquina de calcular (somador) Wilhelm Schickard (1623) Napier + Somador  Multiplicador de múltiplos dígitos. Não encontrado máquina original crédito para Blaise Pascal
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 23 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOSCÁLCULOS
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 24 PRIMEIROS MÉTODOS DEPRIMEIROS MÉTODOS DE CÁLCULOCÁLCULO  Máquina de somar  Blaise Pascal (1642)  Auxiliar Pai – coletor de impostos  Engrenagens mecânicas  Resultado produzido mecanicamente.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 25 AUXILIAR MECÂNICOAUXILIAR MECÂNICO AUTOMÁTICOAUTOMÁTICO Tear para tecer desenhos de seda Basile Bouchon (1728) Desenhos cifrados em folha giratória de papel perfurado.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 26 AUXILIO AUTOMÁTICOAUXILIO AUTOMÁTICO MECÂNICOMECÂNICO Máquina de tecer com cartões perfurados Joseph Marie Jacquard (1810) Controlar os padrões do tecido Grande desemprego.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 27 MÁQUINA DIFERENCIAL DEMÁQUINA DIFERENCIAL DE BABBAGEBABBAGE Financiada pelo Governo Britânico (1823) primeira bola pesquisa em computação Ferramentas da época não eram suficientemente sofisticadas. Construção foi interrompida diversas vezes por falta de fundos Máquina composta de disco giratórios operados por manivela.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 28 AUXÍLIO MECÂNICOAUXÍLIO MECÂNICO AUTOMÁTICOAUTOMÁTICO Máquina automática (1833) Programável através de cartões perfurados Calculava várias funções diferentes Tecnologia da época não permitiu a conclusão da máquina Museu de Ciência de Londres constrói a máquina.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 29 MAQUINA ANALÍTICA DEMAQUINA ANALÍTICA DE BABBAGEBABBAGE Charles Babbage é considerado o pai do computador Construiu a primeira máquina de cálculo programável da história usando cartões perfurados Calculava várias funções diferentes
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 30 AUXÍLIO MECÂNICOAUXÍLIO MECÂNICO AUTOMÁTICOAUTOMÁTICO Merman Hollerith desenvolveu uma máquina para acelerar o processamento dos dados do censo de 1880 nos EUA. Construiu uma perfuradora de cartões (idéia de Jackard) Dados perfurados em cartões e classificados pelos pinos que passavam pelos furos.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 31 TABULADOR DE CARTÕESTABULADOR DE CARTÕES Processamento de censo de 1880 levou 3 anos em vez dos 10 anos previstos. “Tabulating Machine Company” (1914) “International Business Machines Corporation” – IBM (1924)
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 32 SISTEMAS ELETRÔNICOSSISTEMAS ELETRÔNICOS Z1 (1936 – 1938) Z3 (1941) - Primeira calculadora universal controlada por um programa. - 2600 relés - Memória de 64 números com 22 bits.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 33 SISTEMAS ELETRÔNICOSSISTEMAS ELETRÔNICOS  Colossus Mark I (Alan Turing) - Decodificação de mensagens criptografadas - ENIGMA Machine - Criptografia de mensagens secretas entre o comando de guerra nazista e tropas no front de batalha. - ENIGMA utilizava rotores para criptografia.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 34 Colossus Mark IColossus Mark I
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 35 EnigmaEnigma MachineMachine
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 36 SISTEMAS ELÉTRICOSSISTEMAS ELÉTRICOS AKA IBM Automatic Sequence Control Calculator (ASCC) - Baeado nas notas de Babbage - Relés e dispositivos eletromecânicos.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 37 SISTEMAS ELETRÔNICOSSISTEMAS ELETRÔNICOS ENIAC – Eletronic Integrator and Calculator (1943 – 1946) - 17.468 válvulas - 30 mts - 150.000 W - Programação: fios e pinos - 5000 adições/subtrações ou 300 multiplicações por segundo.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 38 ENIACENIAC
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 39 SISTEMAS ELETRÔNICOSSISTEMAS ELETRÔNICOS  John von Neuman (1945) - Cocneito de programa armazenado - Números binários - Lógica de circuitos - EDSAC (Eletronic Delay Storage Automatic Calculator ) – University of Cambridge (1948) - Primeira máquina baseada no conceito de Von Neuman.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 40 SISTEMAS ELETRÔNICOSSISTEMAS ELETRÔNICOS  UNIVAC I (1951) - Lançado em escala comercial  IBM 701 (1953) - Usado na guerra da Coréia - Primeiro computador de grande porte da IBM  IBM 704 (1955) - FORTRAN – 1ª Linguagem de programação - Pane a cada 8 dias.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 41 TRANSISTOR ( 1947)TRANSISTOR ( 1947)
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 42 SISTEMAS ELETRÔNICOSSISTEMAS ELETRÔNICOS IBM 7090 (1959) Família IBM/360 - Transistores - Modular - Poderosos e baratos - Grande variedade de periféricos - IBM hegemonia absoluta.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 43 SISTEMAS ELETRÔNICOSSISTEMAS ELETRÔNICOS Sinclar ZX 81 (1981) - Z80A 3.25 MHz Apple II - 6502 IBM PC (1981) - Intel 8088
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 44 LINHA DO TEMPOLINHA DO TEMPO 1968 – Fundada a Intel 1969 – Memória 64 bits pela Intel 1970 – μP 4004 de 4 bits 1972 – μP 8008 de 8 bits 1974 – μP 8080 de 8 bits 1976 – 8748/8048 μC e 8085 μP 1978 – μP 8086 de 16 bits
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 45 LINHA DO TEMPOLINHA DO TEMPO 1986 – Compaq PC 386 1987 – OS/2 1988 – Memória Flash e HD 380 Mb 1989 – μP 80486 DX de 32 bits 1990 – Windows 3.0 1991 – μP 80486 SX 1993 – μP Pentium.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 46 LINHA DO TEMPOLINHA DO TEMPO 1995 – μP Pentium Pro 1997 – Pentium MMX, Pentiu II, DVD 1998 – Windows 98 1999 – μP Pentium III 2000 – Windows 2000 e μP Pentium IV 2003 – Opteron e Athon 64
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 47 PENTIUM / OPTERONPENTIUM / OPTERON MMX: 57 instruções SSE: 71 instruções SSE2: 144 instruções 64/32 bits (Opteron)
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 48 PROCESSADORES MODERNOSPROCESSADORES MODERNOS Pipeline profundo Erro na predição de cache Necessidade de otimização do código Melhores compiladores - Intel C++ Compiler - Intel VTune - Quantify Rational
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 49 FUTURO/PRESENTEFUTURO/PRESENTE  Computadores óticos - Laser - Processamento paralelo massiv  Nanotecnologia - Transistor com um átomo - Auto montagem dos circuitos  Computação Biológica - DNA
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 50 COMPUTADORES ÓTICOCOMPUTADORES ÓTICO  Lenset (Israel) – Enlight256 Processor - Digital Signal Processor (DSP) - 256 lasers - 8 Tflops - Aplicações:  Radares de alta resolução  Compreensão de vídeo  Guerra eletrônica  Previsão de tempo  Estações rádio base
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 51 EnLight256 ProcessorEnLight256 Processor
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 52 EnLight256 ProcessorEnLight256 Processor
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 53 NANOTECNOLOGIANANOTECNOLOGIA  Auto Montagem - Redução dos custos - Dispositivos menores  Computador Quântico -Estado 0, 1 ou simultaneamente 0 e 1 - Inferência quântica - Processamentos paralelos - Criptografia – números primos.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 54 COMPUTAÇÃO BIOLÓGICACOMPUTAÇÃO BIOLÓGICA  Reprodução  Cópia ultra rápida  DNA  Computadores para detecção de sequências de DNA.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 55 PARADIGMAS DEPARADIGMAS DE COMPUTAÇÃOCOMPUTAÇÃO  Início : Mainframe com a totalidade do processamento.  Processamento Cliente-Servidor - Alto TCO (Total Cost Ownership)  Servidor de Aplicação (Web) -”volta” ao conceito de Mainframe - Conectividade - Mobilidade
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 56 3ª AULA3ª AULA
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 57 MEMÓRIAMEMÓRIA Memória ROM Memória RAM
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 58 MEMÓRIA ROMMEMÓRIA ROM  Post ( Power On Self Test);  Não se perde ao desligar o computador;  Muito lenta; Mark – ROM - Gravado na fábrica PROM (Programable ROM) - Memória virgem, também gravada na fábrica. EPROM (Erasable Programable ROM) - Luz ultra violeta EEPRON (Eletric Erasable Programable ROM) - Apagável e reprogramável. - Impulsos elétricos FLASH ROM - Espécie de EEPROM maioria das placas mães utilizam essa memória.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 59 Memória ROMMemória ROM  FLASH ROM - Bios (Basic Imput Output Sistem) - Post - Identificação de configuração instalada - Inicializa todos os circuitos de apoio - Inicializa o vídeo - Testa a memória RAM - Testa Teclado - Carrega Sistema operacional para a memória - Entrega o controle do microprocessador ao sistema operacional.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 60 MEMÓRIA ROMMEMÓRIA ROM SETUP (CMOS) - Não é BIOS; - Tecla de atalho;
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 61 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM  Tamanho - 1 Mega - 2 Mega - 4 Mega - 8 Mega - 16 Mega - 32 Mega - 64 Mega - 128 Mega - 256 Mega - 512 Mega - 1024 Mega
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 62 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM DINÂMICA – DRAM - Minúsculos capacitores – 1 e 0 - Grande capacidade, pequeno espaço - Reflex - Controlador de memória - Período de Reflex - Custo baixo e lenta
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 63 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM  ESTÁTICA - SRAM - Muito rápida - Circuito digitais - Flipflop - Sem Reflex - Maior consumo de energia - Problema com freqüência - Custo alto - Pouca capacidade, grande espaço.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 64 MEMÓRIA DINÂMICAMEMÓRIA DINÂMICA FPM – EDO – BEDO  Matrizes  Da direita para a esquerda  De cima para baixo  RAS (Row Adress Strobe) - linha  CAS (Colum Adress Strobe) – coluna  MA (Memory Adress)  MD (Memory Dado)  Tempo de Acesso  Latência de CAS  Assicrônas  70 a 60 nanosegundos  25, 33 40, 50 e 60 Mhz
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 65 MEMÓRIAS DINÂMICAMEMÓRIAS DINÂMICA VCM – SDRAM E DDR-SDRAM  Matrizes  Da direita para a esquerda  De cima para baixo  RAS (Row Adress Strobe) - linha  CAS (Colum Adress Strobe) – coluna  MA (Memory Adress)  MD (Memory Dado)  Tempo de Acesso  Latência de CAS  Assicrônas  30 a 20 nanosegundos  66 , 75, 83 100 e 133 Mhz
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 66 MEMORIA DINÂMICAMEMORIA DINÂMICA VCM – SDRAM E DDR-SDRAM SPD (Serial Present Detect) Ciclo de Acesso 486 DX 25 Wait States Processador Ocioso
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 67 MEMÓRIA DINÂMICAMEMÓRIA DINÂMICA 30 vias 72 vias – pentium par 128 vias
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 68 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM  FPM - Valor da última linha acessada - Acessando 4 dados consecutivos - Capacitores de memória (página) - RCA estampada no circuito - Latência de CAS – 4-3-3-3 , 6-3-3-3 Chipset - PC Config
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 69 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM  EDRO - Hyper Page Mode - Mesmas característica da FPM só que estrutura modificada. - 80% mais rápida - 486 e 586 - 72 vias - DIM
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 70 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM BEDO - Chipset Via - 25% mais rápida - Pouco encontrada y
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 71 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM  SDRAM - Latência do CAS : 3-1-1-1, 2-1-1-1 - SPS (Seria Present Detect) EEPROM - -15, 66 Mhz - -12,83 Mhz - -10,100 Mhz - -8,125 Mhz - -75,133 Mhz - -7,143 Mhz - Configuração de Clock automático
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 72 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM PC 66 - 6 camadas de circuito impresso PC-100 - 4 Camadas de circuito impresso PC 133 - 2 camadas de circuito impresso
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 73 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM DDR (Double Data Rate) SDRAM ou SDRAM-II - Opera a 100 Mhz e 133 Mhz - DDR 200, 266, 300, 333 e 400. - 2 dados por pulso de clock - Mais indicada para Athlon e Duron - Pentium IV não
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 74 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM ESDRAM - Frequência de 200 Mhz - Desenvolvida pela Intel - Memória estática dentro do circuito
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 75 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM  VCM - Tecnologia proprietária - Desenvolvida pela MEC - Excelente para Pentium IV - Placa de vídeo AGP - 16 canais para dispositivos simultâneo - Buffer de memória temporária - Matrizes capacitivas. - 27 Vias - 2 pulso de clock
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 76 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM  MEMÓRIA RAMBUS – RDRAM - Tecnologia proprietária - Auto custos - Aceita pela maioria dos Chipset - DDR de menor custo – vantagem AMD - Ideal para pentium IV - Melhor aproveitamento do processador - Utilizada em partes - 300, 350, 400 Mhz - 128 bits de barramento - Baseada em protocolo
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 77 MEMÓRIA RAMMEMÓRIA RAM SYNCLINK – SLDRAM - 200 Mhz - Menor custo - Latência menor
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 78 MEMÓRIA ESTÁTICAMEMÓRIA ESTÁTICA CASCH L1 L2 L3 L4
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 79 Memória CacheMemória Cache gargalo ("bottleneck") Hardware, independe do software cache hit cache miss ou cache fault 5 ns
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 80 REGISTRADORESREGISTRADORES  apenas um dado (uma palavra)  ACUMULADOR - armazena os resultados de um cálculo  REGISTRADOR DE ENDEREÇO - guarda o endereço de uma locação de memória ou de um dispositivo.  REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO - guarda a instrução que deve ser interpretada e executada.  APONTADOR DE INSTRUÇÕES - IP ou PC (Program Counter) - aponta para a instrução a ser executada.  REGISTRADORES DE USO GERAL - guardam diversos tipos de dados.  Máquinas RISC (computadores de conjunto reduzido de instruções, Reduced Instruction Set Computer)  Máquinas CISC(computadores de conjunto complexo de instruções, Complex Instruction Set Computers)
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 81 Memória AuxiliaresMemória Auxiliares NÃO VOLÁTIL MEMÓRIAS AUXILIARES - discos rígidos (ou HD) - drives de disquete - unidades de fita - CD-ROM, DVD - unidades ótico-magnéticas, etc
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 82 MemóriaMemória  HIERARQUIA DE MEMÓRIA
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 83 MemóriaMemória
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 84 Memoria EnderçamentoMemoria Enderçamento
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 85 Organização da CacheOrganização da Cache Organização por mapeamento direto Organização completamente associativa Organização associativa por conjuntos CÉLULAS E ENDEREÇOS
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 86 CAPACIDADE DA MEMÓRIACAPACIDADE DA MEMÓRIA PRINCIPALPRINCIPAL T = N x M T = capacidade da memória em bits N = nº de endereços (como vimos anteriormente, N=2x sendo x = nº de bits do endereço) M = nº de bits de cada célula
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 87 Funções Básicas da UCPFunções Básicas da UCP  Executar instruções - realizar aquilo que a instrução determina.  Realizar o controle das operações no computador. a) Unidade Lógica e Aritmética (ULA) - responsável pela realização das operações lógicas (E, OU, etc) e aritméticas (somar, etc). b) Unidade de Controle (UC) - envia sinais de controle para toda a máquina, de forma que todos os circuitos e dispositivos funcionem adequada e sincronizadamente.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 88 Esquema SimplificadoEsquema Simplificado
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 89 UNIDADE CENTRAL DEUNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTOPROCESSAMENTO UAL - Unidade Aritmética e Lógica - ACC Acumulador UC - Unidade de Controle - CI Contador de Instruções - RI Registrador de Instrução
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 90 UNIDADE CENTRAL DEUNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTOPROCESSAMENTO
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 91 UNIDADE CENTRAL DEUNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTOPROCESSAMENTO
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 92 Formato geral de uma InstruçãoFormato geral de uma Instrução Código de Operação ou OPCODE : identifica a operação a ser realizada pelo processador Operando(s) : é ou são o(s) campo(s) da instrução cujo valor binário sinaliza a localização do dado (ou é o próprio dado) que será manipulado (processado) pela instrução durante a operação
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 93 Execução de ProgramasExecução de Programas  Programa em Linguagem de Máquina: Um programa em linguagem de máquina é uma longa série de 0's e 1's, ordenados de forma que alguns representam códigos de instruções e outros representam os dados que serão processados (ou indicam onde esses dados estão armazenados)  Linguagem de Montagem: A primeira tentativa bem- sucedida para resolver o problema acima descrito foi a criação de uma linguagem em que os códigos numéricos foram substituidos por mnemônicos (palavras ou símbolos como, por exemplo, LOAD = carregar e ADD = somar, que se aproximam de palavras comuns da língua inglesa).
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 94 Execução de ProgramasExecução de Programas  Linguagens de Programação: Essas linguagens foram estruturadas buscando refletir melhor os processos humanos de solução de problemas. Essas linguagens orientadas a problema são também chamadas linguagens de alto nível, por serem afastadas do nível de máquina.  Tradução: Um programa escrito por um programador (chamado código fonte) em uma linguagem de alto nível é um conjunto de instruções que é clara para programadores, mas não para computadores
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 95 Execução de ProgramasExecução de Programas
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 96 Execução de ProgramasExecução de Programas  Montagem: No processo de montagem, o código fonte (programa em linguagem simbólica escrito pelo programador) é examinado, instrução por instrução e é feita a tradução, gerando o código que será executado (código objeto).  Compilação: Compilação é o processo de tradução de um programa escrito em linguagem de alto nível para código em linguagem de máquina. Compilação é um processo análogo ao da montagem (verificação / análise do código fonte, resolução das referências de memória, reserva de espaço em memória e conversão para código de máquina binário)
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 97 Execução de ProgramasExecução de Programas
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 98 Execução de ProgramasExecução de Programas  Bibliotecas: Uma linguagem de alto nível geralmente incorpora diversas rotinas prontas (que fazem parte da linguagem) e que compõem bibliotecas (librarys) de funções pré-programadas que poderão ser utilizadas pelo programador, poupando tempo, aumentando a eficiência e evitando erros  Ligação: tarefa de examinar o código objeto, procurar as referências a rotinas de biblioteca (que constituem referências externas não resolvidas), buscar a rotina da biblioteca, substituir a chamada pelo código ("resolver as referências externas") e obter os parâmetros para incluí- los no código objeto é executada por um programa chamado Ligador (LinkEditor).
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 99 Execução de ProgramasExecução de Programas
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 100 Execução de ProgramasExecução de Programas  Interpretação: O método alternativo chama-se de interpretação e, a partir do programa fonte, realiza as três fases (compilação, ligação e execução), comando por comando, em tempo de execução. Não existem fases distintas nem se produzem códigos intermediários
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 101 Execução de ProgramasExecução de Programas  Compilação e Interpretação – comparação: Tempo de execução, Consumo de memória, Repetição de interpretação, Desenvolvimento de programas e depuração de erros  Emuladores e Máquinas Virtuais: imagine desenvolver um programa conversor que pegasse qualquer programa escrito para uma determinada máquina e interpretasse seu código executável traduzindo-o em tempo de execução para instruções de um outro computador  Java
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 102 Computador HipotéticoComputador Hipotético  Operador - só faz o que for ordenado, não toma decisões  Conjunto de escaninhos - com capacidade para um cartão cada  Máquina de calcular - executa as operações  Caixa de entrada - para receber cartões de fora  Máquina de escrever - para dar saída às informações / resultados
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 103 Computador HipotéticoComputador Hipotético
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 104 Computador HipotéticoComputador Hipotético  EXERCÍCIO 1: Obs.: Utilizaremos a notação (E10) significando "o conteúdo do escaninho E10", isto é, o valor que está agora armazenado no escaninho E10 (ou, mais formalmente, o valor corrente daquela posição de memória). E1 : armazene o valor 1 no E10 E2 : leia o conteúdo de E11 (externo - a caixa de entrada) E3 : multiplique E10 com E11 (usando a máquina de calcular) e armazene o resultado em E10 E4 : subtraia o valor 1 de E11 E5 : se o valor de E11 > 0, volte para E3, senão continue E6 : imprima o conteúdo de E10 (usando a máquina de escrever) E7 : PARE E8 :
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 105 Computador HipotéticoComputador Hipotético  EXERCÍCIO 2: No mesmo algoritmo acima, avalie as conseqüências das seguintes alterações: a) E5 : se o valor de E11 > 0, volte para E3, b) E5 : se o valor de E11 >= 0, volte para E3; senão continue.  c) E7 : XXX
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 106 Diagrama esquemático do 8080Diagrama esquemático do 8080
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 107 FLAGS DO 8080FLAGS DO 8080  Z (zero flag ou indicador de zero) - é setado como 1, se todos os bits do ACC como resultado de uma operação são 0. Caso qualquer um dos bits seja 1, será resetado (como 0). Serve portanto para testar se o resultado de uma operação é 0. Este flag pode ser testado pelo programador.  S (sign flag ou indicador de sinal) - é setado pelo sinal do resultado de uma operação no acumulador. O bit 7 do acumulador pode ser interpretado como o sinal do resultado. Algumas instruções setam o flag de sinal igual ao bit 7 do acumulador. Portanto, caso o resultado de uma operação seja negativo (bit 7 = 1), este flag é setado como 1. Caso o resultado seja positivo (bit 7 = 0), o bit é resetado (como 0). Este flag pode ser testado pelo programador.  P (parity flag ou indicador de paridade) - representa a paridade do resultado no acumulador. As instruções que afetam o flag de paridade setam este flag para 1 quando a paridade é par (even) e resetam (como 0) quando a paridade é ímpar (odd). Este flag pode ser testado pelo programador.  C (carry flag ou indicador de "vai um") - é usado para indicar quando uma soma no acumulador causa "vai um" (carry out) ao dígito de mais alta ordem. Também pode ser empregado como "pede emprestado" ("borrow") em operações de subtração. Este flag também pode ser afetado pelas operações lógicas (AND, OR, XOR,..). operações de rotação de bits tratam o carry flag como um 9o bit do ACC. Quando há carry out para o 9o bit, o flag C é setado (1); quando não há carry out para o 9o bit, o flag C é resetado (0). Este flag também pode ser testado pelo programador.  AC (auxiliary carry ou indicador de "vai um" auxiliar) - indica um carry out no 3o bit do ACC. É utilizado exclusivamente pela instrução DAA (decimal adjust accumulator). O AC e a instrução DAA permitem tratar o valor do acumulador como DOIS algarismos codificados em BCD (quatro bits). A instrução DAA converte valores hexadecimais em decimais. Este flag NÃO pode ser testado pelo programador, sendo reservado exclusivamente para uso pela instrução DAA.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 108 Organização de um Computador Simples
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 109 TIPOS DE BARRAMENTOSTIPOS DE BARRAMENTOS  ISA  EISA  VLB  PCI  AGP  AMR  CNR  USB  Fire Wire (IEEE 1394)  IrDA
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 110 O Modelo Barramento de Sistema  Refinamento do modelo de von Neumann, o modelo de barramento de sistema possui uma CPU (ALU e controle), memória e uma unidade de entrada/saída (I/O).  A comunicação entre os componentes é realizada através de um caminho compartilhado chamado barramento de sistema (bus), constituído do barramento de dados, do barramento de endereços e do barramento de controle. Existe também um barramento de energia e algumas arquiteturas podem ter um barramento de I/O separado.
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 111 Barramento ISABarramento ISA PC XT até Pentil PRO VELOCIDADE LOCAL 8 Bits, 16 Bits e 32 Bits ISA PLUG-AND-PLAY I/O 1 KB IRQ 15 Linhas, linha 2 DMA 7 Canais, canal 4
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 112 Barramento EISABarramento EISA 32 Bits Arquitetura aberta Compativel com ISA 32 Bits Arquitetura aberta Compativel com ISA Barramento VESABarramento VESA
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 113 Barramento PCIBarramento PCI 32 Bits e 64 Bits Arquitetura aberta De 5V e 3V
  • 15/07/13SISTEMA DE INFORMAÇÃO 114  Murdocca, Miles J. e Heuring, Vincent P.; Introdução à Arquitetura de Computares; Editora Campus  Patterson and Hennessy Organização e Projeto de Computadores: A Interface Hardware/Software, Segunda Edição, (P&H) Editora LTC  Sistema de Informação – Drº Luís Felipe Uebel – Phd Inforamation Enginnering – Cambridge University, England.  Biblioteca da Faar BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA