Arquitetura de Computadores Completo

Prévia do material em texto

Introdução
Arquitetura de
Computadores
1
2
3 - Sistemas Embarcados
O que é um
computador?
dispositivo capaz de receber uma
entrada e que retorna uma saída após
realizar uma série de operações com
base nos valores recebidos e
armazenados.
- Desktop
- Servidor
1
2
3
Conjunto de instruções 
Número de bits 
Mecanismos de E/S
O termo arquitetura refere-se aos
atributos do ponto de vista do
programador 
O que é a
arquitetura?
Estudo da estrutura e a organização do
hardware, ou seja, refere-se ao
funcionamento interno do computador.
Como a máquina é estruturada
Necessário aprender para entender
a sua capacidade, como programar
e guardar dados da melhor maneira
possível.
1
2
3 A organização de um computador da
apple é diferente de um da Samsung,
assim como a organização de um
computador de versão mais antiga
difere da atual 
O que é a
Orgranização?
refere-se às unidades operacionais e
suas interconexões. Como os
componentes estão organizados na
arquitetura.
Sinais de controle
Tecnologia de memória, tecnologia
de transistores etc.
Sistema Computacional
Diferença
Computador
Eletronico Analógico
VS Digital
1
2
3
4
Reprogramados manualmente para
trocar de problema 
Analógicos utilizam grandezas elétricas paramodelar um problema a ser resolvido
O computador Analógico era
capaz de resolver problemas
mais complexos na época
Os analógicos eram menos flexíveis
que os Digitais
Resultados exatos em formas de
curvas
1
2
Digitais
Construído durante a 2 Guerra Mundial
Utilizava relés e válvular eletrônicas
Produzia muito calor
Mark I: Primeiro digital eletro-mecânico
1000 vezes mais rápido que o Mark
ENIAC: Primeiro digital eletrônico
Válvulas, Transistores,
Circuitos Integrados,
Microprocessadores
Evolução da
tecnologia
eletrônico-digital
Dispositivos que conduzem
corrente elétrica em um só
sentido:
Quebravam facilmente
Dissipavam muito calor
Amplificador de Tensão
As válvulas já eram bem mais rápidas que os relés
Um computador usava milhares delas(principais
usos eram a codificação e decodificação de
mensagens e cálculos de artilharia)
Válvulas
Eletrônicas
Utilizados como amplificadores
e interruptores de sinais
elétricos:
Amplificador e interruptor de corrente
Dissipavam menos calor 
Eram Menores
Tinha o mesmo papel da válvula
Transistores
Vários transistores e
componentes em 1 circuito:
Usados hoje em quase todos os equipamentos
eletrônicos
Revolucionaram o mundo da eletrônica 
Eram Menores
Tinha o mesmo papel da válvula
Circuitos
Integrados
Circuitos integrados que
comandam todas as atividades de
um computador:
4004: primeiro microprocessador comercial =
4bits
8080: microprocessador criado pela Intel = 8bits
8086: microprocessador criado pela Intel = 16bits
80386: microprocessador criado pela Intel = 34
bits
Pentium IV: microprocessador criado pela Intel
em 2001 = 64 bits
Microprocessador
Fibras óticas, Comunicação
sem fio, Raio laser,
Supercondutividade
Mais avanços na
tecnologia
eletrônico-digital:
Fibras Óticas
1
2
3 Aplicadas em telecomunicações
(principalmente na Internet)
Podem substituir com vantagens os
fios de cobre
Não são susceptíveis à interferência
eletromagnética
Comunicação
sem fio
1
2
3 Comunicações via satélite
Controle remotos
Teleprocessamento
Raio Laser
1
2
3 Computadores, aparelhos de som e
imagem
Cirurgias e fisioterapia
leitura de códigos de barra
Supercondutividade
1
2
Quando em temperaturas
extremamente baixas, conduzem
corrente sem resistência nem
perdas. 
É o que move hoje a tecnologia
Definição, Os 5
Componentes e Como eles
interagem em uma
execução
Arquitetura de Von
Neumann
Definição 
Arquitetura de computador
que se caracteriza por ter o 
 programa e dados
armazenados juntos na
memória principal.
Programa é executado
sequencialmente
Memória endereçada
A Arquitetura de Von Neumann é um
projeto modelo de um computador
digital armazenado que utiliza 1 unidade
de CPU e 1 unidade de Memória para
comportar 5 componentes.
5 Componentes Básicos 
1
2
3
4
5
Caminho de Dados
Memória
Dispositivos de Entrada e Saida
Controle
Unidade Lógica e Aritmética
Cada um desses componentes é interligado
aos demais por barramentos - caminho dos
dados
Como os componentes se interagem para executar algo
O processador vai fornecer
para a memória o endereço
da instrução. Depois a
memória vai localizar e enviar
a instrução em bits.
1. Busca de instrução
No processador a Unidade de
controle vai decodificar e
descobrir que tipo de
instrução deve ser usado.
2. Decodificar instrução
O operando vai ser lido na
memória e mandado pro
processador executar.
3. Buscar operando
No processador a ULA vai
executar com o auxílio dos
sinais emitidos pela Unidade
de Controle
4.Execução da instrução
Por fim o resultado será
armazenado na memória. 
5. Armazena Resultado
Gargalo de Von Neumann
Grande quantidade de acessos a memória 
 Velocidade dos novos dispositivos 
Execução em paralelo
Limitação da taxa de transferência entre a CPU e a
Memória. Acontece quando há grandes quantidades de
dados enviador para serem processados.
 
Limitaçoes
O gargalo de Von Neumann está no canal de
transmissão entre a CPU e a memória
bit, byte e palavra
Tamanho da Memória
Hierarquia e Organização da
Memória
Características
MEMÓRIA DO
COMPUTADOR
Bit, Byte e
Palavra(Word)
Unidade Binária (0,1)
 
Base para o armazenamento
e processamento de
infromações
Bit
Conjunto de 8 bits
1 Byte pode representar
uma letra, número etc.
256 combinações 
Bytes
Bytes agrupados
 
Computadores agrupam
bytes e dão um endereço
próprio á elas (Palavra)
Palavra(Word)
1 TB = 1024 GB
1 MB = 1024 KB
1KB = 1024 bytes
1GB = 1024 MB
Tamanho da Memória
Computador utiliza potências exatas de base 2 
Cache L2
Cache L3
Registradores do
processador
Cache L1
Processador
Memória
Principal
(Ram)
Hierarquia da memória
À medida que descemos na hierarquia reduzimos o custo/bit e
o processamento fica mais lento
Memória
Secundária
(Rom)
Organização da memória
CPU ---- CACHE L1-----L2------L3------MEMÓRIA PRINCIPAL
Acesso, Ciclo de
Memória,
Transferência
Tempo do instante que o
endereço é apresentado a
memória até o instante que
for disponibilizado ou
armazenado.
Tempo de
Acesso(Latência)
Tempo que leva para concluir
um ciclo de leitura ou escrita
e estar pronto para um
segundo acesso.
Tempo de Ciclo de
Memória Velocidade de transferir um
dado para fora ou dentro da
memória
Taxa de Transferência
Mémoria Rom
Mémoria Ram
Memória somente para
leitura
Não volátil
Guarda programas
especiais(POST, SETUP,
BIOS)
 
 
Mémoria Rom
É volátil
Memória de acesso
aleatório
Armazena dados e
programas em uma
execução
 
 
Memória Ram
Memória Externa
HD-SSD
Não volátil
Velocidade dada pela taxa de transferencia
Disco Rígido
 
Tecnologias
IDE= 1 padrao de HD com controladora
incorporada
IDE/ATA = versão melhorada com conectores
padronizados pela ANSI
 
SATA/SATA II = 1 canal pra enviar dados e outro
pra receber dados
 
HD
Não volátil
Mais Rápidas pois usam
tecnologia flash(sem partes
móveis)
 
SSD