Buscar

Aula Introdução a Arquitetura de Computadores

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 3, do total de 47 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 6, do total de 47 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 9, do total de 47 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Prévia do material em texto

Curso Técnico de Nível Médio 
Integrado em Manutenção e Suporte 
em Informática 
Arquitetura de Computadores 
2016 
Agenda 
• Introdução à Arquitetura de Computadores: níveis de 
abstração do hardware; histórico da arquitetura de 
computadores; recursos de hardware; recursos de 
software. 
16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 2 
O Que é Arquitetura de Computadores? 
• Projeto conceitual e fundamental da estrutura 
operacional de um sistema computacional. 
• Ela é o estudo dos requisitos necessários para que um 
computador funcione e de como organizar os diversos 
componentes para obter melhores desempenhos. 
 
• Como computador entendemos qualquer tipo de 
dispositivo capaz de receber uma entrada e que retorna 
uma saída após realizar uma série de operações com 
base nos valores recebidos e armazenados. Existem 
vários tipos de computadores. 
16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 3 
Por que estudar Arquitetura de 
Computadores? 
• É necessário saber como um computador funciona: 
– Para programar melhor, os conceitos de AC ajudam a escrever 
programas mais eficientes, que tiram mais proveito dos recursos 
da máquina. 
• A Arquitetura e Organização de um computador reflete 
diretamente: 
– Como os programadores iram utilizar os recursos da máquina. 
– No desempenho do sistema. 
– Na segurança dos dados. 
• Ou até mesmo, para escolher melhor qual hardware adquirir 
– P.ex. suponha que sua empresa deseje comprar novos 
computadores. Entre máquinas CISC e RISC, qual seria sua 
escolha ? 
16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 4 
Classificação Arquitetura de 
Computadores 
• Uma das formas de classificá-los é por meio das 
seguintes categorias: 
– Desktop: Computadores de baixo-custo e com desempenho 
razoável para um usuário "comum". 
– Servidor: Máquinas projetadas para ter um desempenho 
considerado bom para uma aplicação muito grande e complexa 
ou então para um número muito grande de operações mais 
simples. Alguns servidores são simples computadores de 
Desktop melhorados. Entretanto, existem também aqueles que 
possuem arquiteturas muito mais sofisticadas que contam com 
dezenas ou até mesmo centenas de processadores. 
– Sistemas Embarcados: Possuem um uso dedicado à uma 
única tarefa e normalmente vem embutidos em outros aparelhos 
como celulares, microondas, elevadores ou veículos. Possuem 
uma Entrada/Saída muito simples. 
5 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Evolução dos Computadores 
Gerações de Computadores 
• 1ª geração :: Válvulas (1946) 
• 2ª geração :: Transistores (1958) 
• 3ª geração :: Circuitos Integrados (1965) 
– 1965 :: em pequena escala, até 100 dispositivos por chip 
– 1971 :: em média escala, até 3.000 dispositivos 
– 1977 :: em grande escala, até 100.000 
LSI (Large Scale Integration) 
• 4ª geração :: Circuitos Integrados (1978) 
– 1978 :: em uma escala muito grande, até 100.000.000 (milhões de 
transistores) 
VLSI (Very Large Scale Integration) 
• 5ª geração :: Circuitos Integrados (1991) 
– 1991 :: em escala ultragrande, mais de 100.000.000 
ULSI (Ultra Large Scale Integration) 
 6 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
1ª geração :: Válvulas (1946) 
• ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), Primeiro 
computador de propósito geral 
• Criado para o exercito americano, para a realização de cálculos 
balísticos. “saber se o tiro acerta o alvo” 
• Era uma máquina decimal, diferente das atuais (binárias). 
• Processava 5.000 adições ou 357 multiplicações e 38 adições 
por segundo, menor que uma calculadora atual. 
• O computador precisava ser reprogramado para cada tarefa, fio-a-fio 
.exe nem em sonho 
• Programação em linguagem de máquina 
• Composição: 
– 18 mil válvulas 
– Pesava 30 toneladas 
– Consumia 140 KW/h 
– Possuía 800 km de cabos 
 
7 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
1ª geração :: Válvulas (1946) 
 
8 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Válvula 
2ª geração :: Transistores (1958) 
9 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Comparação entre: (1) válvula, (2) transistor, e (3) chip. 
Um único chip pode conter até milhões de transistores. 
2ª geração :: Transistores (1958) 
• Conceito de Programa Armazenado 
– Determina que os programas e os dados devem estar em uma 
memória de acesso direto (memória de acesso aleatório, ou 
RAM), permitindo que o código e os dados sejam tratados 
indiferentemente (possibilitando que ambos sejam modificados). 
• Arquitetura de Von Neumann (utilizada até hoje). 
– caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar 
seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, 
podendo assim manipular tais programas. Esta arquitetura é um 
projeto modelo de um computador digital de programa 
armazenado que utiliza uma unidade de processamento (CPU) e 
uma de armazenamento ("memória") para comportar, 
respectivamente, instruções e dados 
10 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
3ª geração :: LSI (1965) 
• Implementação de circuitos integrados 
– Transistores, resistores, diodos e outras 
variações de componentes eletrônicos 
miniaturizados e montados sobre um único 
chip. 
11 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Computador IBM 360/91 
4ª geração :: VLSI (1971) 
• Geração VLSI, milhões de transistores armazenados em um 
único chip; 
• Surgimento dos Computadores Pessoais, devido ao 
barateamento e miniaturização dos componentes eletrônicos; 
– Intel 4004 (1971): o primeiro microprocessador; 
– Intel 8080 (1974): microprocessador de 8 bits. 
• Surgiu o conceito “família de processadores” 
– 8086, 8088, 80286, 80386, 80486 (ou i286 i386 i486), Pentium (ou i586). 
• A IBM dominava o mercado de computadores, e 
adotava CPUs da Intel 
(a Intel dominava o mercado de processadores); 
 
12 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
5ª geração :: ULSI (1991) 
 
 
 
• Os computadores modernos. 
• Ampliou-se drasticamente a capacidade de 
processamento de dados, armazenamento e taxas de 
transferência. 
• Início dos processos de miniaturização, diminuindo o 
tamanho e aumentando a velocidade dos agora 
"populares" PC´s. 
• Processadores paralelos, ou seja, a execução de muitas 
operações simultaneamente pelas máquinas. 
13 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Fonte: http://evolucaodocomputador.blogspot.com.br/2008/05/5-gerao-ultra-large-scale-integration.html 
Evolução da Arquitetura x86 
• Processador 8080 (1975 8 bits – 2 MHz) 
– Primeiro processador de propósito geral 
– Usado no primeiro computador pessoal 
(Altair) 
• 8086 (1981 16 bits – 5 MHz) 
– Início da família x86 
– Significativamente mais poderoso que o 8080 
– Cache de instruções + pré-busca de instruções 
– Usado no IBM PC 
• 80386 (ou i386 1985 32 bits – 16 MHz) 
– “Popularização dos computadores no Brasil” 
– Memória endereçável: 16 MB 
– Suporte a multitarefa 
– Difusão do Windows 3.1 
14 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Altair (1975) 
IBM PC (1981) 
IBM SL 386SX 
Componentes Básicos 
• 80486 (1989 32 bits – 25 MHz) 
– Esquema de cache sofisticado 
– Pipeline de instruções 
– Co-processador matemático embutido no chip 
• Pentium (1993 32 bits – 60 MHz) 
– Super-escalar 
– Múltiplas instruções executadas em paralelo 
• Pentium Pro (1995 32 bits – 200 MHz) 
– Organização super-escalar aprimorada 
– Previsão de desvios, análise de fluxo de dados, execução especulativa 
• Pentium II (1997 64 bits – 233 MHz) 
– Tecnologia MMX (MultiMedia eXtension) 
– Processamento (1) gráfico; (2) de áudio e; (3) de vídeo• Pentium III (1999 64 bits – 450 MHz) 
– Adicionadas novas instruções para operações sobre ponto flutuante. 
• Pentium 4 (2001 64 bits – 1 GHz) 
– Mais paralelismo, 2 núcleos a partir de 2005, Pentium D (ou Dual Core) 
 
15 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Evolução da Arquitetura x86 
• Em uma família de processadores, cada processador 
lançado representa um avanço em relação ao anterior. 
 
• O novo processador mantém o mesmo conjunto de 
instruções do processador anterior, ele apenas adiciona 
algumas novas. 
 
• Dessa forma, as aplicações existentes podem ser 
executadas no novo processador. 
Esse conceito é conhecido como compatibilidade para 
cima. 
 
16 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Evolução da Arquitetura x86 
• Observe na Figura, que o conjunto de instruções do 
processador 8086 (1975) é prevaleceu ao longo da 
evolução da família x86 (até o Pentium 4 em 2001). 
 
17 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Arquitetura de computadores 
• Criada e desenvolvida durante e após a segunda guerra 
mundial, entre 1935 e 1950. 
 
• Desde os primeiros sistemas computacionais a base era 
uma entrada, um processamento e a saída de dados. 
 
• John Von Neumann aperfeiçoou este modelo inserindo 
componente como memória ao modelo. 
18 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Arquitetura de Von Neumann 
19 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Arquitetura_de_von_Neumann.svg 
Representação dos símbolos 
• Para que o computador pudesse representar 
eletricamente todos os símbolos utilizados na linguagem 
humana, foi necessário criar na arquitetura de Neumann 
uma forma de manipular o menor numero possível de 
valores distintos, desta forma foi utilizado com eficiência 
o sistema binário (0 e o 1). 
• Todas as informações introduzidas no computador, 
devem ser convertida para um algarismo binário ou 
digito binário, conhecido como bit. O bit pode ter então 
somente os valores 0 e 1. 
• Para que o computador pudesse trabalhar corretamente, 
ele utiliza a lógica booleana, para obter seus resultados. 
20 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Representação dos símbolos 
 
 
 
 
 
 
• Um bit ou unidade mínima (0/1) isoladamente não 
consegue representar muito, na verdade não consegue 
representar nada para a comunicação, como no nosso 
caso que um caractere A, por exemplo, não representa 
muito o 0/1também não representa muito, mas a soma 
de varias letras formam uma palavra, o mesmo acontece 
com o bit. 
21 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Tabela ASCII 
• Existe diversas formas de 
junções, mas a mais 
utilizada é o conjunto de 8 
bit´s que formam um byte e 
que conseguem representar 
até 256 símbolos diferentes. 
Há uma tabela que mostra o 
conjunto de caracteres 
criados a partir desta junção, 
a chamada tabela ASCII. 
22 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Componentes básicos de um computador 
23 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Componentes básicos de um computador 
• O processador (ou microprocessador) é responsável 
pelo tratamento de informações armazenadas em 
memória (programas em código de máquina e dos 
dados). 
• A memória é responsável pela armazenagem dos 
programas e dos dados. 
• Periféricos, que são os dispositivos responsáveis pelas 
entradas e saídas de dados do computador, ou seja, 
pelas interações entre o computador e o mundo externo. 
Exemplos de periféricos são o monitor, teclados, 
mouses, impressoras, etc. 
• Barramento, que liga todos estes componentes e é uma 
via de comunicação de alto desempenho por onde 
circulam os dados tratados pelo computador. 
 
24 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Memória 
• A memória principal, ou memória de trabalho, onde 
normalmente devem estar armazenados os programas e 
dados a serem manipulados pelo processador; 
• A memória secundária que permitem armazenar uma 
maior quantidade de dados e instruções por um período 
de tempo mais longo; o disco rígido é o exemplo mais 
evidente de memória secundária de um computador, 
mas podem ser citados outros dispositivos menos 
recentes como as unidades de fita magnética e os 
cartões perfurados; 
• A memória cache, que se constitui de uma pequena 
porção de memória com curto tempo de resposta, 
normalmente integrada aos processadores e que permite 
incrementar o desempenho durante a execução de um 
programa. 
25 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Processador 
• Um microprocessador, ou simplesmente processador, é 
um circuito integrado (ou chip), que é considerado o 
"cérebro" do computador. 
26 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Processador 
• Pode-se dizer que a CPU realiza as seguintes tarefas: 
– Busca e executa as instruções existentes na memória. Os 
programas e os dados que ficam gravados no disco (disco rígido 
ou disquetes), são transferidos para a memória. Uma vez 
estando na memória, a CPU pode executar os programas e 
processar os dados. 
– Comanda todos os outros chips do computador. 
27 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Composição do Processador 
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA) 
– Assume todas as tarefas relacionadas às operações lógicas (ou, 
e, negação, etc.) e aritméticas (adições, subtrações, etc...) a 
serem realizadas no contexto de uma tarefa. 
• Unidade de Controle (UC) 
– assume toda a tarefa de controle das ações a serem realizadas 
pelo computador, comandando todos os demais componentes 
de sua arquitetura. 
• Registradores 
– são utilizados para assegurar o armazenamento temporário de 
informações importantes para o processamento de uma dada 
instrução 
28 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Exemplo de como funciona o computador 
• Uso de um programa que faz cálculos matemáticos 
– Usuário digita: 10+20*2 
– UC recebe estes dados 
– UC verifica que precisam ser calculados 
– UC envia para a ULA 
– ULA realiza o cálculo necessário 
– ULA retorna o valor 50 para a UC 
– UC armazena na memória 
– UC mostra o resultado no dispositivo de saída 
29 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Clock 
• Circuito oscilador que tem a função de sincronizar e ditar 
a medida de velocidade de transferência de dados no 
computador, por exemplo, entre o processador e a 
memória principal. 
 
• Esta frequência é medida em ciclos por segundo, ou 
Hertz. 
30 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Barramentos 
• Ou bus, nada mais é do que um caminho comum pelo 
qual os dados trafegam dentro do computador. 
 
 
 
 
 
 
• O tamanho de um barramento é importante pois ele 
determina quantos dados podem ser transmitidos em 
uma única vez. 
– Por exemplo, um barramento de 16 bits pode transmitir 16 bits 
de dado, e um barramento de 32 bits pode transmitir 32 bits de 
dados a cada vez. 
31 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Tipos de Barramentos 
• Barramentos Internos 
– Ligam a CPU (processador) aos equipamentos que ficam dentro 
do gabinete. 
– Existem diversos tipos de barramentos específicos para 
equipamentos diferentes: 
• IDE 
• ISA 
• PCI 
• AGP 
• SCSI 
• Barramentos Externos 
– Barramentos externos = portas = interface 
– Tipos: 
• PS/2 
• Serial 
• Paralela 
• USB 
• Firewire e PCMCIA 
32 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Barramento IDE (interno) 
• Para conectar as unidades de armazenamento internas 
(HD, Drive de CD, Gravadores de CD, Drives de DVD, 
etc.) à placa-mãe do computador. 
• Osequipamentos são ligados aos barramentos IDE 
através Cabo FLAT 
33 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Barramento ISA (interno) 
• Comum em micros mais antigos para encaixar placas de 
expansão, como modems, placas de som, placas de 
vídeo, 
• Está caindo em desuso por ser relativamente lento em 
relação às novas tecnologias. 
34 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Barramento PCI (interno) 
• Substituto do barramento ISA (nas novas placas-mãe, é 
mais comum encontrar vários slots PCI e apenas alguns 
poucos ISA, quando há ISA). 
35 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Barramento AGP (interno) 
• Apenas para uso de placas de vídeo. 
36 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Barramento SCSI (interno) 
• O SCSI é muito usado em servidores de empresas, que 
normalmente precisam de uma maior velocidade de 
conexão com os Discos Rígidos, CDs, unidades de fita 
37 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Porta PS/2 
• É o barramento atualmente usado para conectar mouse 
e teclado. 
• Há duas portas na parte traseira do gabinete, uma para 
o mouse e a outra para o teclado. 
38 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Porta Serial 
• É um barramento usado por equipamentos que 
transferem relativamente pouca informação, como 
mouses, modems, câmeras (webcam), etc. 
 
39 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Porta Paralela 
• Barramento relativamente antigo e está sendo cada vez 
menos utilizado em computadores atuais. A porta 
paralela usa conector DB-25 
40 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Porta USB 
• É relativamente novo e vem sendo usado em muitos 
computadores atuais como substituto das portas paralela 
e serial. 
41 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Firewire 
• Encontrado apenas nos computadores mais novos, o 
barramento firewire é bastante rápido. 
42 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Barramento PCMCIA (PC Card) 
• Encontrado em modems, placas de som, placas de rede 
e até discos rígidos portáteis. 
43 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Dispositivos de Entrada/Saída 
44 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Placa Mãe 
45 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
Dúvidas 
46 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
ATIVIDADES 
47 16 de maio de 2016 Arquitetura de Computadores 
• Estudar o Capítulo 01 do Livro de Introdução à 
Organização de Computadores do autor Mário Monteiro 
 
 
• Exercício 
– Responder as questões da página 29 e 30 do Livro dito acima; 
– Data de entrega: próxima aula dia 24/05/2016; 
– Entregar as respostas escritas a lápis ou caneta; 
– Poderá ser feita em dupla.

Outros materiais