AC Aula01 02 Introdução

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Arquitetura de Computadores
Introdução
Jonas Borges
2015
O que é um computador?
 Computadores são ferramentas
 Servem para resolver problemas
2
Computador – Definição 1
Denomina-se computador uma máquina capaz de variados tipos de tratamento automático de informações ou processamento de dados.
Exemplos de computadores incluem o ábaco, a calculadora, o computador analógico e o computador digital.
Um telefone celular
Um computador pessoal (PC)
Supercomputador
3
Computador – Definição 2
Máquina composta de um conjunto de partes eletrônicas e eletromecânicas, com capacidade de coletar, armazenar, manipular dados, e fornecer informações, tudo isso de forma automática 
Características do Computador
Qualquer sistema computacional possui 3 características em geral
 Processamento
 Memória (armazenamento)
 Comunicação
Um celular, por exemplo, é um sistema computacional que possui como principal característica a comunicação
5
Penetração dos Computadores
No Brasil, segundo o censo de 2010, há 190 milhões de habitantes
Segundo o, em 2011 havia 220 milhões de celulares no país
Fonte: Portal Teleco, site de informações sobre telecomunicações - dados de julho de 2011.
Há mais celulares do que pessoas no Brasil
O mercado para profissionais de computação é imenso!
6
O Computador como uma Ferramenta
Um computador pode prover-se de inúmeros atributos
Armazenamento e processamento de dados
Cálculo em grande escala
Desenho industrial
Tratamento de imagens gráficas, realidade virtual
Entretenimento e cultura
Uma ferramenta deve possuir objetividade (realizar sem restrições a tarefa para a qual ela foi criada) 
Além disso, há 3 aspectos importantes que definem sua qualidade:
 Desempenho (tempo de processamento)
 Custo-benefício
 Facilidade de uso
7
Custo-Benefício
Você pode optar por uma memória de 2 GB a R$ 500,00 ou por uma de 4 GB a R$ 600,00. Qual é a melhor opção?
8
2 GB
4 GB
Velocidade da Indústria de Computadores
A resposta é: depende
Se a sua aplicação não necessitar de mais de 2 GB de memória, você estará gastando R$ 100,00 a mais que o necessário
Isto faz parte da questão do custo-benefício
No caso de carros e TVs, produtos novos e melhores são lançados a preços mais caros que os anteriores
Já produtos da indústria computacional tem preços iguais ou menores que os anteriores, e ainda assim são geralmente melhores (mais ágeis)
Menos de um mês depois de comprar um computador, haverá um computador melhor pelo mesmo preço
9
O curso
Arquitetura de Computadores
Ementa
História e princípios básicos da computação
Sistema de numeração, aritmética binária de ponto fixo e ponto flutuante
Organização do microcomputador
Unidades de medida computacional
Processador
Linguagens de montagem (assembly) e conjuntos de instruções
Modos de endereçamento
Barramento, comunicações, interfaces e periféricos
Memórias
Tipos e hierarquia
Disco Rígido
Tamanho físico, interfaces e organização dos dados
Arquiteturas de microprocessadores
Tipos de instruções (RISC e CISC)
Pipeline e paralelismo
Processadores superescalares e multiprocessadores
Conjunto de Instruções do Intel 8080
Bibliografia
Organização e Projeto de Computadores, 3ª ed.
David A. R. PATTERSON e John L. HENNESSY
Editora Campus, 2005. 
Arquitetura e organização de computadores, 8ªed.
Willian STALLINGS
Pearson Prentice Hall, 2010. 
Organização estruturada de computadores. 6 ed.
Andrew S. TANENBAUM e Todd AUSTIN
Pearson, 2013. 
Notas de aula e material disponibilizado pelo professor
Laboratório
Pelo menos uma atividades de laboratório
Montagem de um PC
Avaliação
1º bimestre:
Prova bimestral – 70 pontos
Atividades em classe e exercícios – 30 pontos
2º bimestre
Prova bimestral – 70 pontos
Laboratório – 10 pontos
Atividades em classe e exercícios – 20 pontos
* Sujeito a alterações!!
Introdução
Arquitetura de Computadores
Arquitetura de um computador
Arquitetura vs Organização
Arquitetura do Computador
Refere-se aos atributos que são visíveis para o programador.
Ex: conjunto de instruções, quantidade de bits
utilizados para representar os caracteres
Organização do Computador
Unidades operacionais e suas interconexões que
implementam as especificações da sua arquitetura
Ex: sinais de controle, interrupções
Organização de um computador
Arquitetura vs Organização
Uma família de modelos podem conter a mesma arquitetura e diferentes organizações
Estruturação e Função
Estruturação e Função
O sistema é complexo
Organizado em hierarquia
Cada elemento da hierarquia é considerado um subsistema
Estrutura do Computador:
Unidade Central de Processamento (CPU)
Memória principal
Entrada/Saída (I/O ou E/S)
Sistema de interconexão
Hierarqui de 
Hierarquia de um Computador
Hierarquia do Processador (CPU)
Estruturação e Função
O comportamento de cada nível depende apenas de uma caracterização abstrata
Em cada nível o projetista deve levar em consideração
Estrutura: o modo como os componentes estão inter-relacionados
Função: a operação de cada componente individual
Função: estrutura de um computador
São funções de um computador:
Processamento de Dados
Armazenamento de Dados
Transferência de Dados
Controle
Fuções
Estruturas Executando Funções
Cópia de Dados
Armazenamento e
Recuperação de Dados
Funções
Processando Dados
Processando Dados
História dos Computadores
Arquitetura de Computadores
História dos computadores
Primeira máquina de calcular
Foi desenvolvida por Wilhelm Schickard em 1592. Ela fazia multiplicação e divisão, mas foi perdida durante a Guerra dos Trinta Anos.
Blaise Pascal
Capaz de realizar as operações básicas de soma e subtração.
Foi inventada em 1642 pelo filósofo, físico e matemático francês Blaise Pascal.
Pascal, que aos 18 anos trabalhava com seu pai em um escritório de coleta de impostos na cidade de Rouen, desenvolveu a máquina para auxiliar o seu trabalho de contabilidade. 
História dos computadores
Leipzig
Em 1671, o filósofo e matemático alemão de Leipzig, Gottfried Wilhelm Leibniz introduziu o conceito de realizar multiplicações e divisões através de adições e subtrações sucessivas. 
Arithmomet
Em 1820, o francês natural de Paris, Charles Xavier Thomas, conhecido como Thomas de Colmar, projetou e construiu uma máquina capaz de efetuar as 4 operações aritméticas básicas.
Esta foi a primeira calculadora realmente comercializada com sucesso. Ela fazia multiplicações com o mesmo princípio da calculadora de Leibnitz e efetuava as divisões com a assistência do usuário.
História dos computadores
Tear mecânico
Em 1801, na França, durante a Revolução Industrial, Joseph Marie Jacquard, mecânico francês, (1752-834) inventou um tear mecânico controlado por grandes cartões perfurados.
Sua máquina era capaz de produzir tecidos com desenhos bonitos e intrincados.
Foi tamanho o sucesso que Jacquard foi quase morto quando levou o tear para Lyon, pois as pessoas tinham medo de perder o emprego.
Em sete anos, já havia 11 mil teares desse tipo operando na França.
História dos computadores
Babbage e Ada
O brilhante matemático inglês Charles Babbage (1791- 1871) é conhecido como o "Pai do Computador".
Babbage projetou o chamado "Calculador Analítico", muito próximo da concepção de um computador atual.
O projeto, totalmente mecânico, era composto de uma memória, um engenho central, engrenagens e alavancas usadas para a transferência de dados da memória para o engenho central e dispositivos para entrada e saída de dados.
O calculador utilizaria cartões perfurados e seria automático.
Ada Augusta (1815-1852), em parceria com Charles Babbage, era matemática amadora e entusiasta.
Ela se tornou a pioneira da lógica de programação, escrevendo séries de instruções para o calculador analítico.
Ada inventou o conceito de sub-rotina, descobriu o valor das repetições - os laços (loops) e iniciou o desenvolvimento do desvio condicional.
História dos computadores
A lógica booleana
As máquinas do início do século XIX utilizavam base decimal (0 a 9), mas foram encontradas dificuldades em implementar um dígito decimal em componentes eletrônicos, pois qualquer variação provocada por um ruído causaria erros de cálculo consideráveis.
O matemático inglês George Boole (1815-1864) publicou em 1854 os princípios da lógica booleana, onde as variáveis assumem apenas valores 0 e 1 (verdadeiro e falso), que passou a ser utilizada a partir do início do século XX.
História dos computadores
Hollerith e sua máquina de perfurar cartões
Por volta de 1890, Dr. Herman Hollerith (1860-1929) foi o responsável por uma grande mudança na maneira de se processar os dados dos censos da época.
Os dados do censo de 1880, manualmente processados, levaram 7 anos e meio para serem compilados. Os do censo de 1890 foram processados em 2 anos e meio, com a ajuda de uma máquina de perfurar cartões e máquinas de tabular e ordenar, criadas por Hollerith e sua equipe.
As informações sobre os indivíduos eram armazenadas por meio de perfurações em locais específicos do cartão. Nas máquinas de tabular, um pino passava pelo furo e chegava a uma jarra de mercúrio, fechando um circuito elétrico e causando um incremento de 1 em um contador mecânico.
História dos computadores
O primeiro computador
Há uma grande polêmica em torno do primeiro computador. O Z-1 é considerado por muitos como o primeiro computador eletromecânico.
Ele usava relés e foi construído pelo alemão Konrad Zuse (1910-1995) em 1936.
Zuse tentou vendê-lo ao governo para uso militar, mas foi subestimado pelos nazistas, que não se interessaram pela máquina.
História dos computadores
A guerra e os computadores
Com a II Guerra Mundial, as pesquisas aumentaram nessa área.
Nos Estados Unidos, a Marinha, em conjunto com a Universidade de Harvard e a IBM, construiu em 1944 o Mark I, um gigante eletromagnético.
Num certo sentido, essa máquina era a realização do projeto de Babbage.
Mark I ocupava 120 m3, tinha milhares de relés e fazia muito barulho. Uma multiplicação de números de 10 dígitos levava 3 segundos para ser efetuada.
Em segredo, o exército norte-americano também desenvolvia seu computador. Esse usava apenas válvulas e tinha por objetivo calcular as trajetórias de mísseis com maior precisão.
História dos computadores
ENIAC - Computador e Integrador Numérico Eletrônico – Electronic Numerical Integrator and Computer
Foi o primeiro computador eletrônico digital de propósito geral do mundo.
Pesava 30 toneladas, ocupava o espaço de 140 m², tinha mais de 18 mil válvulas e consumia 140 kW
Capacidade para 5 mil adições por segundo
Máquina Decimal, tinha 20 acumuladores como memória, os quais podiam armazenar um número decimal de até 10 dígitos
Cada dígito era representado por um anel de 10 válvulas. A programação era feita manualmente
História dos computadores
Alan Turing
Teste de Turing
O teste consistia em submeter um operador, fechado em uma sala, a descobrir se quem respondia suas perguntas, introduzidas através do teclado, era um outro homem ou uma máquina. Sua intenção era de descobrir se podíamos atribuir à máquina a noção de inteligência.
Sugestão de Filme:
O Jogo da Imitação (2014), ou The Imitation Game
Concorreu ao Oscar 2015
História de como a máquina Enigma foi “crackeada”
História dos computadores
Von Neumann
O matemático húngaro John von Neumann (1903-1957) formalizou o projeto lógico de um computador.
Em sua proposta, von Neumann sugeriu que as instruções fossem armazenadas na memória do computador.
Até então elas eram lidas de cartões perfurados e executadas, uma a uma.
Armazená-las na memória, para então executá-las, tornaria o computador mais rápido, já que, no momento da execução, as instruções seriam obtidas com rapidez eletrônica.
Máquina de Von Neumann
A maioria dos computadores hoje em dia segue o modelo proposto por von Neumann.
Esse modelo define um computador sequencial digital em que o processamento das informações é feito passo a passo, caracterizando um comportamento determinístico (ou seja, os mesmos dados de entrada produzem sempre a mesma resposta).
John von Neumann
Máquina de Von Neumann
(ULA)
(I/O)
(UC)
Fontes
Organização e Projeto de Computadores, 3ª ed.
David A. R. PATTERSON e John L. HENNESSY
Editora Campus, 2005. 
Arquitetura e organização de computadores, 8ªed.
Willian STALLINGS
Pearson Prentice Hall, 2010. 
Organização estruturada de computadores. 6 ed.
Andrew S. TANENBAUM e Todd AUSTIN
Pearson, 2013.
Notas de Aula de Fábio Nelson (UNIVASF)
Trabalho de Rafael Henrique Moreira
Trabalho de Guilherme Ferreira (UFF)
Notas de Aula de Daniel Augusto de Moura Pereira