Aula 1 - Fundamento de Hardware e Software para arquitetura de computadores.

Aula 01
Arquitetura de Computadores
Fundamento de Hardware e Software
Curso superior de Sistemas de Informação - IFNMG
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HARDWARE
Conjunto de circuitos eletrônicos interligados, formado
por dispositivos.
Sistema Computacional

HARDWARE
Processador ou unidade central e processamento
Memórias
Dispositivos de I/O
Unidades funcionais

HARDWARE
Gerencia todo o sistema computacional controlando as
operações realizadas por cada unidade funcional.
Principal função: Controlar e executar funções presentes
na memória principal, através de operações básicas de
soma, subtração, comparação e movimento de dados.
Processador

HARDWARE
Unidade de controle
Unidade lógica aritmética (ULA)
Registradores
Processador

HARDWARE
A sincronização de todas as funções do processador é
realizada através de um sinal de clock.
SINAL DE CLOCK: Pulso gerado ciclicamente que altera
varáveis de estado do processador
Processador

HARDWARE
Memória Principal

HARDWARE
Principal, primária ou real;
Local onde são armazenados instruções e dados;
Composta de Células;
Cada célula é formada por um tamanho de bits fixo;
O acesso ao conteúdo é feito pelo endereço da célula.
Memória Principal

HARDWARE
Memória Principal 7 6 5 4 3 2 1 0
0 Instrução ou dados
1 1 1 0 0 0 1 0 1
2
3
4
5
... ...
Célula
Endereços

HARDWARE
Classifica as memórias pela sua volatilidade;
RAM – Volátil
ROM, EPROM – Não Volátil
Memória Principal

HARDWARE
Volátil;
Alta velocidade;
Pequena capacidade de armazenamento;
Maximiza a velocidade com que os dados são lidos;
Alto preço.
Memória Cache

HARDWARE
A maior parte das arquiteturas de computadores utilizam
memórias caches baseadas em níveis:
L1 Baixa capacidade de armazenamento;
Altíssima velocidade.
L2 Maior capacidade de armazenamento;
Velocidade inferior a L1;
Memória Cache

HARDWARE
Secundária ou permanente;
Não volátil;
Armazena programas e dados;
Acesso mais lento que as memórias primárias;
Baixo custo;
Capacidade de armazenamento superior comparado com
memórias primárias.
Memória Secundária

HARDWARE
Relação entre memórias de armazenamento
Memórias Secundárias
Memórias Primárias
Memórias Cache
Registradores
Maior
Capacidade de
armazenamento
Maior
Custo e
Velocidade

HARDWARE
Barramentos ou bus;
Meio de comunicação que permite a troca de dados entre
as unidades funcionais do meio computacional;
Atua através de condutores, dados, endereços e sinais de
controle.
Barramentos

HARDWARE
Barramento de endereços (address bus);
Local onde os dados a serem processados estão
armazenados;
Barramento de dados (data bus);
Por onde as informações transitam.
Barramento de controle (control bus).
Sincroniza tarefas, habilita ou desabilita o fluxo de dados.
Barramentos

HARDWARE
Podemos considerar que a comunicação (troca de dados)
entre processador e memória é realizada pelo um
conjunto de barramentos chamado de processador-
memória.
Barramentos

HARDWARE
Técnica que permite que o processador realize múltiplas
instruções paralelamente em estágios diferentes.
Semelhante a uma linha de montagem, onde uma tarefa é
dividida em uma sequência de múltiplas tarefas.
Pipelining

HARDWARE
O Pipelining permite que, enquanto uma instrução
encontra na fase de excussão, uma outra instrução possa
estar na fase de busca, simultaneamente.
Pipelining

P1 Instr. 1 Instr. 2 Instr. 3 Instr. 4 Instr. 5 Instr. 6 Instr. 7
P2
Instr. 1 Instr. 2 Instr. 3 Instr. 4 Instr. 5 Instr. 6
P3 Instr. 1 Instr. 2 Instr. 3 Instr. 4 Instr. 5
P4 Instr. 1 Instr. 2 Instr. 3 Instr. 4
P1
Unidade de busca
da instrução
P2
Análise da
instrução
P3
Unidade de busca
de dados
P4
Unidade de
execução da
instrução

HARDWARE
Pode ser utilizado em sistemas com um ou mais
processadores e tem sido a técnica de paralelismo mais
utilizada para aumentar o desempenho dos sistemas
operacionais.
Pipelining

HARDWARE
Métricas de desempenho:
Intervalo entre os ciclos de clock (sinal de clock).
Frequência do clock: indica o número de pulsos elétricos
gerados em um segundo (Hz).
Análise de desempenho

HARDWARE
Tempo que o processador demora para executar um
programa comparado com outros processadores (Tempo
de UCP).
Não inclui a espera em operações de E/S.

HARDWARE
Tempo de UCP: nº de ciclos de clock x ciclo de clock para
execução de um programa
Ou
Tempo de UCP: nº de ciclos de clock / Frequência de clock

SOFTWARE
Para que o hardware funcione na prática, deve existir um
conjunto de programas utilizados como interface entre as
necessidades do usuário e as capacidades do hardware.

SOFTWARE
Antes a programação era feita diretamente na arquitetura
dos computadores e carregadas na memória principal.
Com o surgimento da linguagem de montagem ou
Assembly e das linguagens de alto nível a programações
ficou mais simples.
Tradutor

SOFTWARE
A tradução dos códigos de programação de alto nível
para código de máquina é realizado por um utilitário
denominado tradutor.
Tradutor

SOFTWARE
Não transforma as informações de alto nível em
linguagem máquina, executa as linhas de comando e
interpreta as instruções imediatamente.
Interpretador

SOFTWARE
Responsável por gerar, a partir de um módulo-objeto
(linguagem máquina), um único programa executável.
Linker

SOFTWARE
Linker
Módulo-objeto
Módulo-objeto
Módulo-objeto
Linker
Programa
executável

SOFTWARE
Loader ou carregador é responsável por carregar na
memória principal um programa para se executado.
Loader

SOFTWARE
Debugger – Responsável pelo teste de programas.
É necessário uma ferramenta adequada para depurar os
códigos fontes de programa.
Depurador

SOFTWARE
Oferece recursos como:
• Acompanhamento de execução de um programa por
instrução;
• Possibilitar a alteração e a visualização de conteúdo de
variáveis;
• Implementar pontos de paradas do programa;
• Receber mensagens a cada momento que uma variável for
alterada.
Depurador

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