Introdução ao estudo de Arquitetura de Computadores - (baseado em Stallings, 2008)

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Introdução ao estudo de Arquitetura de Computadores - (baseado em Stallings, 2008)

  1. 1. Arquitetura de Computadores 1.º ano | 1.º semestre 2012/2013 Docente: Isabel Pedrosa, Eng.ªArquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 1
  2. 2. 1. IntroduçãoAgenda• Conceitos elementares – Arquitetura, Organização, função, estruturaReflexão sobre impacto tecnológico dos últimos 10 anos – Como é o cérebro humano de um Internet native? Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 2
  3. 3. Conceitos elementaresArquitetura de uma máquina: Corresponde a todos os atributos visíveis para o programador: – Conjunto de instruções, número de bits usado para a representação dos dados, mecanismos de I/O, técnicas de endereçamento de memória. – Exemplo: existe uma instrução para multiplicação? Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 3
  4. 4. Conceitos elementaresOrganização de uma máquina: Forma como são implementados os recursos: – Sinais de controlo, interfaces, tecnologias de memória. – Exemplo: o hardware inclui uma unidade multiplicadora ou a multiplicação é efectuada por adição sucessiva? Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 4
  5. 5. Conceitos elementaresArquitetura versus Organização• Toda a família Intel x86 partilha a mesma Arquitetura de base• Toda a família IBM System/370 partilha a mesma Arquitetura de baseConsequência: compatibilidade ao nível do código – Pelo menos dos mais evoluídos relativamente aos anteriores.• Organização diverge entre versões diferentes. Exemplo: um processador diferente, embora da mesma família, partilha a arquitetura mas não a organização. Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 5
  6. 6. Conceitos elementaresEstrutura• Forma como os componentes se relacionam entre siFunção• Operação dos componentes como parte da estrutura• Todas as funções do computador podem ser classificadas como: – Processamento de dados – Armazenamento de dados – Movimentação de dados – Controlo Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 6
  7. 7. Conceitos elementares Estrutura – nível de topoPeriféricos Computador CPU Memória Central Principal Processing Unit Computador Ligação entre os sistemas Input/ OutputLinhas de Comunicação Onde estão? Processamento de dadosIn William Stallings, Computer Organization and Architecture, Armazenamento de dados8th edition, Prentice-Hall Intern., Abril 2009 Movimentação de7 dados Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre Controlo
  8. 8. Conceitos elementaresEstrutura interna do Computador- CPU: controla o funcionamento do computador e executa todas as funções de processamento de dados. Habitualmente designado “o processador” (simplificação)- Memória Principal: armazenamento de dados- I/O (Input/Output): move os dados entre o computador e o exterior- Interligação ao sistema: mecanismos que garantem a comunicação entre o CPU, memória principal e dispositivos de I/O 8 Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre
  9. 9. Conceitos elementaresEstrutura – CPU CPU ALU Computador Unidade Registos I/O Aritmética e Lógica Bus de CPU sistema Ligação Memória interna no CPU Unidade de controloIn William Stallings, Computer Organization and Architecture,2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre Arquitetura de Computadores | 8th edition, 9 Prentice-Hall Intern., Abril 2009
  10. 10. Conceitos elementaresElementos principais do CPU- Unidade de Controlo: controla o funcionamento do CPU e, portanto, o computador- ALU, Unidade Aritmética e Lógica: executa funções de processamento dos dados- Registos: armazenamento interno no CPU- Ligação interna no CPU: mecanismos que garantem a comunicação entre o Unidade de Controlo, ALU e registos. 10 Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre
  11. 11. Conceitos elementaresEstrutura – Unidade de Controlo Unidade de Controlo CPU Sequenciamento ALU lógico Unidade Bus de Interno Controlo Unidade de Controlo: Registos Registos e descodificadores Memória de ControloIn William Stallings, Computer Organization and Architecture,2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre Arquitetura de Computadores | 8th edition, 11 Prentice-Hall Intern., Abril 2009
  12. 12. Vista top-down de um computador(síntese dos esquemas anteriores) In William Stallings, Computer Organization and Architecture,2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre Arquitetura de Computadores | 8th edition, 12 Prentice-Hall Intern., Abril 2009
  13. 13. Vista top-level dos componentes de um computadorQue registos existem no CPU?Como se organiza a memória (espaço para instruções de programas e área de dados)In William Stallings, Computer Organization and Architecture,2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre Arquitetura de Computadores | 8th edition, 13 Prentice-Hall Intern., Abril 2009, chapter 3
  14. 14. Fetch ExecuteExemplo da execução de um programa1.ª abordagem do conceito de ciclo de instrução e fases Fetch e Execute In William Stallings, Computer Organization and th edition, Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre Architecture, 8 14 AC: Registo Acumulador Prentice-Hall Intern., Abril 2009, chapter 3
  15. 15. Conteúdos a abordar• Evolução dos Computadores e Performance• Estruturas de interligação num computador• Memória interna• Memória externa• Input/Output• Suporte aos Sistemas Operativos• Aritmética computacional• Conjuntos de instrução• Estrutura e função do CPU• Funcionamento da Unidade de Controlo• Programação em LMC Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 15
  16. 16. 1. IntroduçãoAgenda• Conceitos elementares – Arquitetura , Organização, função, estruturaReflexão sobre impacto tecnológico dos últimos 10 anos:– Quem esteve associados a alguns avanços tecnológicos importantes…• Como é o cérebro humano de um Internet native? Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 16
  17. 17. Avanços tecnológicosLarry Page and Sergey Brin inventaram o Google (1999)Como é que se pesquisava antes do Google?SAPO, Terravista, Altavista, Yahoo!, Lycos Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 17
  18. 18. Avanços tecnológicos em 10 anosYouTube foi inventado por Steve Chen, Chad Hurley e Jawed Karim numa garagem em Menlo Park. Tornaram-se milionários quando venderam a invenção por 1.65 biliões de dólares à Google.Fundado em Fevereiro de 2005 com o principal objetivo de visualizar e partilhar vídeos originais através da Web. Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 18
  19. 19. Avanços tecnológicos Mark Elliot Zuckerberg (n 14 Maio 1984) é: • programador e empreendedor na área das tecnologias • o mais conhecido dos criadores do Facebook onde é CEO e Presidente. • 2004: em conjunto com Dustin Moskovitz, Eduardo Saverin e Chris Hughes, todos estudantes em Harvard, criaram uma rede social para apresentar os perfis dos colegas • 2010: nomeado, pela Time, Personalidade do Ano • 2011: riqueza pessoal estimada em 17,5 biliões de dólares. O percurso do Facebook em bolsa tem sido complexo. O filme “A Rede Social” adaptou o percurso do fenómeno do Facebook e seus criadores ao cinema Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 19
  20. 20. Avanços tecnológicos• Steven Paul Jobs / "Steve" Jobs (1955-2011) empreendedor Americano e inventor de produtos. Aposta no design. Inúmeras patentes registadas.• Cofundador, chairman e CEO da Aplle Inc.• Jobs foi CEO da Pixa Animation (Toy Story). Tornou-se membro da Direção da Walt Disney Company (2006) após a aquisição da Pixar pela Disney• A história da Apple desde a fundação até ao iPad 3: http://video.answers.com/apple-history-the-home-computer-to-the-ipod- iphone-and-ipad-517013160 Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 20
  21. 21. Mais em…http://inventors.about.com/od/timelines/a /ModernInvention.htmInvenções interessantes nos últimos 10 anos Carro híbrido Coração artificial iTunes Fígado artifical Telemóveis com câmara iPod iPhone Teclado virtual iPad Video on demand Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 21
  22. 22. Curiosidade…Cérebro de um Internet nativePedir aos alunos para pesquisarem e compreenderem de que forma pensam as pessoas que são nativos tecnológicosPartes esquerda e direita do cérebro e que aptidões lhes estão associadas : http://youtu.be/iZMJeQ4yPPk Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 22

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