Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Organização de Computadores I Diego Passos Primeira Aula Material: http://www.ic.uff.br/~debora/orgcomp/pdf/parte1.pdf
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
1/57
Conteúdo
Agenda
Informações Básicas. Informações Conceitos Histórico Resumo
Conceitos Básicos. Histórico. Resumo.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
2/57
Objetivos da Disciplina
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Dar noções iniciais dos componentes básicos de um sistema de computação, assim também como conceitos fundamentais necessários para a manipulação de informação dentro do sistema. Ementa resumida: Sistemas numéricos e sua representação; Operações de ponto fixo e de ponto flutuante; Representação de dados e código; Elementos básicos e essenciais de arquitetura de computadores.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
3/57
Ementa Completa I Histórico de arquitetura de Computadores;
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Visão geral da arquitetura de máquina; Sistemas de numeração: Bases de numeração decimal, binária, octal e hexadecimal; Conversão entre bases 2 e 8, 2 e 16, base B para decimal e decimal para base B (parte inteira e fracionária); Aritimética binária e hexadecimal (soma e subtração);
Representação de dados: Representação em ponto fixo:
30 de abril 2010
Sinal e magnitude; Complemento a 2; Representação em excesso; Aritimética em ponto fixo; Organização de Computadores I
Primeira Aula
4/57
Ementa Completa II Estouro;
Representação em ponto flutuante: Padrão IEEE 754; Aritimética em ponto flutuante; Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Componentes de um computador: Memória: Elementos básicos e organização da memória principal; Barramento de endereços, de dados, e de controle, registrador de endereço de memória e de dados de memória; Operações de leitura e gravação; Memória cache;
Instruções:
30 de abril 2010
Tipos de instruções de máquina; Endereçamento imediato, direto, por registrador, indireto e indexado; Ciclo de instrução; Organização de Computadores I
Primeira Aula
5/57
Ementa Completa III Execução de instruções;
Unidade Central de Processamento: Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Organização da UCP; Execução de instruções em paralelo (“pipeline”);
Execução de programas; Dispositivos de entrada e saída: Teclado, vídeo, impressora e disco; Métodos de transferência de dados: Espera ocupada; Interrupção; Acesso direto à memória;
Arquiteturas avançadas de computadores: Princípios, utilização de registradores, discussão RISC versus CISC, exemplo de RISC. 30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
6/57
Bibliografia
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Organização e Projeto de Computadores, A Interface Hardware/Software – David A. Patterson; John L. Hennessy – LTC, 2000. Introdução à Organização de Computadores – Mario A. Monteiro – LTC, 5a. Edição, 2007. Arquitetura e Organização de Computadores – W. Stallings – Prentice Hall. Organização Estruturada de Computadores – A. Tanenbaum – LTC, 1999.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
7/57
Avaliação
Agenda
3 Provas M P = (P 1 + P 2 + P 3)/3.
Informações Conceitos Histórico Resumo
Se M P ≥ 6, 0, então APROVADO. Se M P < 4, 0, então REPROVADO. Se 4, 0 ≤ M P < 6, 0: VS - Verificação Suplementar: Se V S ≥ 6, 0, então APROVADO. Senão, REPROVADO.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
8/57
Introdução
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Capítulo 1 do Livro do Mário Monteiro. Conceitos básicos: Processamento de dados; Hardware e Software; Computadores digitais; Sistemas; Sistemas de Computação.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
9/57
Conceitos Básicos I Computador Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Equipamento de processamento eletrônico de dados.
Processamento de Dados Série de atividades realizadas para produzir um conjunto de informações a partir de outras informações iniciais (dados).
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
10/57
Conceitos Básicos II Organização de Computadores Agenda
Implementação da máquina. Informações Conceitos Histórico Resumo
Aspectos relativos aos componentes físicos específicos (memória, frequência do relógio, sinais de controle, etc.)..
Arquitetura de Computadores
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
11/57
Conceitos Básicos III Tem impacto na elaboração dos programas.
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Conjunto de instruções do processador, tamanho da palavra, tipo e tamanho dos dados manipulados, etc. Exemplo: família x86 da Intel. 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV.
Usuário troca de computador sem alterar seus programas, pois toda a família emprega a mesma arquitetura. No entanto, cada processador tem uma organização diferente (que altera o desempenho). 30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
12/57
Conceitos Básicos IV Hardware Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Conjunto de componentes físicos do computador. Placas de circuito impresso, fiação, monitor, teclado, mouse, etc.
Software Programas. Conjuntos de comandos (instruções) em uma sequência específica.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
13/57
Computadores Digitais
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Conjunto de componentes (hardware) capazes de executar instruções específicas (Software) para realizar tarefas. Dados e instruções são representados por símbolos codificados internamente através de valores diferentes de tensão elétrica.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
14/57
Computadores Digitais
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
15/57
Computadores Digitais
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Símbolos são representados por conjuntos de algarismos (dígitos). Cujos valores variam no tempo. Sistema de numeração binário (0 ou 1), ao invés do decimal.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
16/57
Por que Binário?
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
17/57
Sistemas
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
“Conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo.” Sistemas de transporte; Sistema circulatório; Sistemas econômicos; Sistema de processamento de dados; Sistema de computação (hardware e software básicos); Sistemas de aplicação.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
18/57
Sistemas de Computação São implementados através dos programas. Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Conjunto de comandos ou instruções executadas passo a passo (algoritmo). Ex.: algoritmo para soma de 100 números.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
19/57
Sistemas de Computação
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
20/57
Sistemas de Computação Implementação de um programa. Formalização do algoritmo através de comandos em uma linguagem de programação (alto nível). Agenda
Ex.: Delphi, C, Java, Visual Basic, Cobol, Fortran, Lisp, etc.
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
21/57
Sistemas de Computação
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Linguagem assembly Mais baixo nível. Programas maiores e mais difíceis de entender.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
22/57
Sistemas de Computação Linguagem de máquina (representação binária).
Agenda
Linguagem que o computador utiliza para executar o processamento.
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
23/57
Histórico
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Conceito de efetuar cálculos com equipamentos vem dos chineses. Ábaco. 2500 a 3000 aC. Usados depois pelos babilônios e romanos.
No século XVII (1642) – francês Blaise Pascal. Contador mecânico (Pascalina). Realizava somas e subtrações. Permitia o uso do “vai 1”. Utilizava o conceito de complemento para as subtrações.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
24/57
Calculadora de Pascal (Frente) Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
25/57
Calculadora de Pascal (Interior) Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
26/57
Máquinas de Charles Babbbage Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
1823 – inglês Charles Babbage Máquina de diferenças. Realizava: Sucessivas operações de adição e subtração, baseada no processo de diferenças finitas. Permitia o cálculo de polinômios e funções. Imprimia o resultado em uma placa de cobre. Até 15 algarismos e polinômios de grau até 3.
Máquina analítica. Não chegou a ser construída. Possuia memória, processador e saída.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
27/57
Máquina de Diferenças
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
28/57
Máquina Analítica
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
29/57
Relé Eletromecânico – Século XX Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
30/57
Relé Eletromecânico
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Relés permitem abrir ou fechar circuitos. Representação binária (0 ou 1).
Alemão Zuze: 1936 – máquina Z1. 1941 – máquina Z3 (controlada por programa).
Nesta mesma época, foi fundada a IBM (1924).
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
31/57
Máquina Z3
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
32/57
Válvula – 1906
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
33/57
Circuito com Válvula
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
34/57
Computadores Valvulados Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
John Mauchly e John P. Eckert (Univesidade da Pensilvânia) projetaram o primeiro computador eletrônico de 1943 a 1946, que funcionou até 1955. ENIAC – Eletronic Numerical Integrator and Computer. Continha mais de 17000 válvulas e 800 quilômetros de cabos. Pesava mais de 30 toneladas.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
35/57
ENIAC
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
36/57
ENIAC
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
37/57
Arquitetura de John von Neumann – 1945 Projetou o EDVAC (aperfeiçoamento do ENIAC) e IAS em Princeton.
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
t
Computador eletrônico de programa armazenado. Arquitetura empregada até os dias atuais.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
38/57
Transistor – 1947
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
39/57
Circuito Transistorizado
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
40/57
TX-0: Primeiro Computador Transistorizado Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
41/57
Na Mesma Época
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
TX-0 desenvolvido no MIT. Fundada a DEC. Aparecimento de linguagens de programação de alto nível – Fortran, para o IBM 704 – 1957.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
42/57
Cartão Perfurado
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
43/57
Evolução dos Componentes Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
44/57
Circuito Integrado 1958 – Jack Kilby – Texas Instruments colocou 2 circuitos em uma mesma peça. Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
IBM lançou a família /360 em 1964. DEC lançou o PDP-11. Antecessor do VAX-11 (obteve muito sucesso no ambiente universitário). 30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
45/57
IBM 360 – 1964
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
46/57
Família IBM /360
Agenda
Família – mesmo tipo de máquina (arquitetura, linguagem de máquina, etc) com diferentes capacidades e preços.
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
47/57
Microcomputadores Altair – primeiro microcomputador – 1975. Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Da MITS. Baseado no processador Intel 8080. Interpretador Basic desenvolvido por Bill Gates e Paul Allen, que fundaram a Microsoft.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
48/57
Processador AMD Dual Core Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
49/57
Placa Mãe
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
50/57
Evolução do Desempenho
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
51/57
Evolução do Desempenho
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
52/57
Evolução do Desempenho Lei de Moore
Agenda
1965 – Gordon E. Moore prevê que número de transistores dobrará a cada 18 meses (a custo constante).
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010
Fonte: wikipedia. Organização de Computadores I
Primeira Aula
53/57
Blue Gene – IBM
Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
54/57
Blue Gene – Lawrence Livermore Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
55/57
Para Lembrar I Objetivos da Disciplina Sistemas numéricos. Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Representação de dados. Componentes de um computador.
Conceitos Básicos Processamento de dados Hardware e Software. Computador (digital). Sistema (de computação). Níveis de Linguagens.
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
56/57
Para Lembrar II Histórico Agenda
Informações Conceitos Histórico Resumo
Nem todo computador é eletrônico. O conceito de “computador” não é tão novo. Tendência de miniaturização. Permitiu a redução do espaço e/ou aumento na capacidade.
Arquitetura de von Neumann: muito importante!!!
30 de abril 2010 Organização de Computadores I
Primeira Aula
57/57