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

Arquitetura de
Computadores
1.º ano | 1.º semestre
2012/2013

Docente: Isabel Pedrosa, Eng.ª

Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre 1

1. Introdução
Agenda

• Conceitos elementares
– Arquitetura, Organização, função, estrutura

Reflexão sobre impacto tecnológico dos últimos
10 anos
– Como é o cérebro humano de um Internet native?


Conceitos elementares
Arquitetura 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?


Organização 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 versus Organização
• Toda a família Intel x86 partilha a mesma
Arquitetura de base
• Toda a família IBM System/370 partilha a mesma
Arquitetura de base

Consequência: 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.


Estrutura
• Forma como os componentes se relacionam entre
si
Função
• 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


Estrutura – nível de topo
Periféricos Computador

CPU Memória
Central Principal
Processing
Unit
Computador Ligação
entre os
sistemas

Input/
Output
Linhas de Comunicação
Onde estão?
Processamento de dados
In William Stallings, Computer Organization and Architecture, Armazenamento de dados
8th edition, Prentice-Hall Intern., Abril 2009 Movimentação de7 dados
Arquitetura de Computadores | 2012/2013 | 1.º ano | 1.º semestre
Controlo

Estrutura 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

Estrutura – CPU
CPU
ALU
Computador Unidade
Registos
I/O Aritmética e
Lógica
Bus de CPU
sistema
Ligação
Memória interna no
CPU

Unidade
de
controlo

In 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

Elementos 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

Estrutura – Unidade de Controlo
Unidade de Controlo

CPU
Sequenciamento
ALU lógico
Unidade
Bus
de
Interno
Controlo
Unidade de
Controlo:
Registos Registos e
descodificadores

Memória
de
Controlo


Vista
top-down
de um
computador
(síntese dos esquemas
anteriores)


Vista top-level dos componentes de
um computador
Que registos
existem no
CPU?
Como se
organiza a
memória
(espaço para
instruções de
programas e
área de
dados)

Prentice-Hall Intern., Abril 2009, chapter 3

Fetch Execute
Exemplo da
execução
de um
programa
1.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

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

1. Introdução
Agenda
• Conceitos elementares
– Arquitetura , Organização, função, estrutura

Reflexão sobre impacto tecnológico dos
últimos 10 anos:
– Quem esteve associados a alguns avanços
tecnológicos importantes…
• Como é o cérebro humano de um Internet
native?

Avanços tecnológicos

Larry Page and Sergey Brin inventaram o
Google (1999)
Como é que se pesquisava antes do Google?
SAPO, Terravista, Altavista, Yahoo!, Lycos


Avanços tecnológicos em 10 anos

YouTube 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.

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


• 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

Mais em…
http://inventors.about.com/od/timelines/a
/ModernInvention.htm
Invenções interessantes nos últimos 10 anos
Carro híbrido
Coração artificial
iTunes
Fígado artifical
Telemóveis com câmara
iPod
iPhone
Teclado virtual
iPad
Video on demand

Curiosidade…
Cérebro de um Internet native
Pedir aos alunos para pesquisarem e
compreenderem de que forma pensam as
pessoas que são nativos tecnológicos

Partes esquerda e direita do cérebro e que
aptidões lhes estão associadas :
http://youtu.be/iZMJeQ4yPPk


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