Introdução à Arquitetura de Computadores

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INTRODUÇÃO
� Objetivos da aula
� 1. Apresentar conceitos básicos de arquitetura de 
computadores
� 2. Discutir a evolução da arquitetura de computadores
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INTRODUÇÃO
� Computador -> Máquina capaz de
sistematicamente coletar,manipular e fornecer os
resultados da manipulação de informações para
um ou mais objetivos.
Dados Processamento Resultado
Informação
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INTRODUÇÃO
� Hardware : É a parte física do sistema 
computacional.
� Software: É o programa ou instruções que diz ao 
computador o que fazer.
“Hardware é aquilo que você chuta, software é 
aquilo que você xinga”.
João Ubaldo Ribeiro, escritor
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INTRODUÇÃO
� Hardware : circuitos eletrônicos, placas, cabos e 
fontes de alimentação.
� Software : programas que oferecem serviços aos 
usuários.
� Uma operação efetuada pelo software pode ser
implementada em hardware, enquanto uma
instrução executada pelo hardware pode ser
simulada via software.
� O S.O. faz a interface entre o hardware e
software. Não há necessidade do programador se
envolver com a complexidade do hardware.
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INTRODUÇÃO
� Sistemas Computacionais
� O computador precisa entender as ordens e 
manipular os dados que recebe. Por exemplo:
� Ler um dispositivo de entrada;
� Gravar um arquivo;
� Somar números;
� Imprimir um relatório.
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� Sistemas Computacionais
� Os dados e as instruções são representados por 
algarismos.
� Os componentes eletrônicos são percorridos por sinais 
elétricos.
� Cada algarismo corresponde a um valor de tensão.
� É preciso definir uma tolerância para cada valor devido 
às variações de tensão na entrada
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INTRODUÇÃO
� Sistemas Computacionais
� Como representar os dados no computador?
� 26 caracteres alfabéticos minúsculos a, b, c, ...
� 26 caracteres alfabéticos maiúsculos A, B, C, ...
� 4 símbolos de pontuação . , ; :
� 10 caracteres numéricos 0, 1, 2, 3, ...
� Símbolos de operações matemáticas + - * /
� Outros símbolos ( ) ? # $ % @ & ...
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� Sistemas Computacionais
� Os dados e as instruções são representados por 
algarismos.
� Os componentes eletrônicos são percorridos por 
sinais elétricos.
� Cada algarismo corresponde a um valor de 
tensão.
� É preciso definir uma tolerância para cada valor 
devido às variações de tensão na entrada. 8
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INTRODUÇÃO
� Sistemas Computacionais
� Quanto maior o número de algarismos, maior a
quantidade de níveis de tensão necessários.
� Quanto maior a quantidade de níveis de tensão,
maior a tensão para acomodar os valores maior
consumo de energia.
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� Sistemas Computacionais
� Como representar os dados no computador?
� Sistema decimal 10 dígitos (0, 1, 2, ..., 9).
� Sistema octal 8 dígitos (0, 1, 2, ..., 7).
� Sistema Hexadecimal 16 dígitos (0, 1, 2, ..., 9, A, 
B, C, D ,E, F).
� Sistema binário 2 dígitos (0 e 1).
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� Sistemas Computacionais
� Uma máquina com linguagem binária é mais
barata, mais confiável, consome menos recursos e
pode processar dados de modo mais eficiente que
outra máquina com outro tipo de sistema.
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� Como os dados são agrupados ?
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� Problema
� Como dizer ao computador o que queremos dele ?
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� Sistema de computação
� Algoritmo para somar 100 números.
� 1. Escrever e guardar N=0 e SOMA=0
� 2. Ler número de entrada.
� 3. Somar valor do número ao de SOMA e guardar resultado em 
soma.
� 4. Somar 1 ao valor de N e guardar resultado como novo N.
� 5. Se valor de N for menor que 100, então passar para item 2.
� 6. Senão: imprimir valor de SOMA.
� 7. Parar.
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� Problema
� Como os dados são armazenados nos computadores?
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INTRODUÇÃO
� Codificação
� Define como os caracteres são representados no 
computador.
� É um conjunto de relações entre os bytes que 
representam números no computador e 
caracteres no conjunto de caracteres codificado.
� Exemplos: ASCII, EBCDIC, UTF-8, UTF-16, etc.
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� ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
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INTRODUÇÃO
� Padrão Unicode
� O Unicode Consortium desenvolveu o padrão
Unicode que cobre todos os caracteres, pontuações e
símbolos do mundo. O Unicode habilita o
processamento, armazenamento e intercâmbio de
dados de texto independentemente de plataforma,
programa ou linguagem.
� UTF-8 : Um caractere pode ter de 1 a 4 bytes. É
compatível com o ASCII e é a codificação preferida
para confecção de e-mails e páginas web.
� UTF-16 : É incompatível com ASCII. É usado nos
principais sistemas operacionais como Microsoft
Windows 2000/XP/2003/Vista/CE e em linguagens
como Java e .NET .
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� Linguagem de máquina 0 (zero) e 1 (um).
� Linguagem de alto nível C, Delphi, Java, etc.
Tradução
Linguagem alto nível Linguagem de máquina
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� Na realidade, o computador possui vários níveis. A 
linguagem utilizada em cada um desses níveis é diferente.
� Aplicativos
� Utilitários Alto Nível 
� Sistema Operacional
� Linguagem de Máquina
� Microprogramação Baixo Nível
� Circuitos Eletrônicos
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� Histórico IBM 709
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� Geração de Computadores
� Geração Zero
� Computadores Mecânicos (1642–1945)
� Primeira Geração
� Válvulas (1945–1955)
� Segunda Geração
� Transistores (1955–1965)
� Terceira Geração
� Circuitos Integrados (1965–1980)
� Quarta Geração
� Integração em larga escala (1980–?) 24
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� Geração Zero – Computadores Mecânicos
� Os cálculos eram efetuados com algum tipo de 
equipamento.
Ábaco Régua de Calculo Contador Mecânico
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� 1 ª Geração – Válvulas
� 1942 – Universidade da Pensilvânia
� Primeiro computador eletrônico e digital do 
mundo
� Com mais de 17.00 válvulas e 800 quilômetros de 
cabos;
� Pesava mais de 30 toneladas e ocupava 270 m2
� Processava 5 mil operações por segundo
� Usava base decimal
� Não tinha sistema operacional, tinha de ser 
operado manualmente 26
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� ENIAC (Electronic Numerical
IntegratorAnd Computer)
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INTRODUÇÃO
� A Máquina Universal de Turing
� Alan Mathison Turing (23 de Junho de 1912 – 7 de
Junho de 1954) formalizou os conceitos de algoritmo e
computação e por isso é considerado o pai da computação
moderna.
� A ideia do equipamento era bastante simples: o aparelho
devia ser capaz de manipular símbolos em uma fita de
acordo com uma série de regras para guardar informações.
� Os computadores com base na Máquina de Turing
devem armazenar dados em sua memória.
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� 1a Geração – Válvulas
� Em 1946, Von Neumann e outros cientistas iniciaram a
construção do computador IAS (Institute for Advanced
Studies) com base na máquina de Turing onde dados e
programas são armazenados na memória.29
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INTRODUÇÃO
� Características do computador IAS :
� Constituído de memória, UAL, UC e E/S;
� Memória com 1.000 posições de 40 bits (palavras);
� Representação binária dos dados e instruções;
� Possuía 21 instruções de 20 bits;
� Palavra de 40 bits;
� Definição de ciclo de instrução que se dividia: ciclo de busca 
e ciclo de execução.
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INTRODUÇÃO
� Os computadores também podem ser classificados quanto à
utilização, em Computador Científico e Computador
Comercial.
� Computador Científico - dirigido ao emprego em áreas de
cálculos e pesquisas científicas, nas quais são requeridos
resultados de maior precisão e pequeno volume de entrada e
saída de dados.
� Computador Comercial - constitui a grande maioria
dos equipamentos utilizados nas empresas, caracteriza-se
por permitir o trato rápido e seguro de problemas que
comportam grande volume de entrada e saída de dados.
� A maioria dos fabricantes hoje dispõe de produtos –
ditos de uso geral – que comportam emprego tanto na área
científica quanto na área comercial.
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� Quanto ao Porte
� Supercomputadores
� Mainframes
� Minicomputadores
� Estações de trabalho
� Computadores pessoais
• Desktop
• Notebook
• Palmtop
� Com o grande desenvolvimento que as comunicações
têm sofrido, foi criado um novo conceito de
computador: o computador de rede.
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� 1ª Geração – Válvulas
� Maquina Original de Von Neumann
� Inovação : Programa Armazenado no Computador
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� 1ª Geração – Válvulas
� Os quatros subsistemas da Máquina de Von 
Neumann
� 1. Memória
� 2. Unidade de Aritmética e Lógica
� 3. Unidade de controle
� 4. Entrada/saída
� As instruções são executadas de forma sequencial, 
embora possa ocorrer quebra de sequência 34
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� Atenção
Antes de Von Neumann, os computadores
utilizavam a memória apenas para
armazenamento de dados e eram programados
utilizando fios ou comutadores.
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INTRODUÇÃO
� 2ª Geração – Transistores
� Transistores: reduziu tamanho
e custos dos computadores .
� Aparecimento de outros fabricantes
de computadores.
� Unidades aritméticas e lógicas mais
complexas.
� Linguagens de programação
de alto nível (Fortran e Cobol).
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INTRODUÇÃO
� 3ª Geração – Circuitos Integrados
� Múltiplos transistores em um único
circuito acomodados em uma única
pastilha de silício (LSI – Large Scale
Integration).
� Necessidade de menos energia.
� Produção de menos calor.
� A IBM lançou a família de computadores
da série /360 – mesmo tipo de máquina
com diferentes capacidades e preços.
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� 4a Geração – Integração em Muito Larga 
Escala (VLSI)
� Chip armazena milhares e até milhões de 
componentes.
� Migração para os microcomputadores.
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� Forças Econômicas e Tecnológicas
� A lei de Moore prevê um aumento anual de 60% no número de 
transistores que podem ser colocados em um chip (o número de 
transistores dobra a cada 18 meses).
� Não é uma lei real, mas uma simples observação empírica.
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INTRODUÇÃO
� A Lei de Moore não é uma lei física e, sim, uma
percepção adequada da tecnologia.
� O que está em jogo é um mercado gigantesco:
apenas o setor de venda de chips movimentou
US$ 325 bilhões em 2011.
� O futuro mais provável é a tecnologia óptica:
trocaremos o elétron pela luz, ou seja, as
informações passarão a circular dentro do chip
por meio de fótons, em vez de eletricidade. A
tecnologia é promissora porque gasta menos
energia, emite menos calor e é muito mais rápida.
O problema é o alto custo. 40
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INTRODUÇÃO
� Computadores invisíveis – 5a geração ?
� Computadores em toda parte e embutidos em tudo.
� Computação ubíqua
� Computação em nuvem
� O termo Computação Ubíqua, foi definido pela primeira
vez, no final dos anos 80, pelo cientista chefe do Centro de
Pesquisa Xerox PARC, Mark Weiser, através de seu artigo
"O Computador do Século 21" (The Computer for the 21st
Century). Para ele, a computação não seria exclusividade de
um computador, uma simples caixa mesmo que de
dimensões reduzidas e, sim,diversos dispositivos conectados
entre si.
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� Marcos Históricos do Computador
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� Marcos Históricos do Computador
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