01 - Introducao a disciplina

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Arquitetura e Organização de 
Computadores
Introdução
Prof. Sílvio Fernandes
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Cronograma da Disciplina
 Abstrações
 Linguagem de Máquina
 Aritmética Computacional
 Avaliação de Desempenho
 Caminho de Dados do Processador
 Controle do Processador
 Pipeline
 Hierarquia de Memória
 Entrada e Saída
 Linguagem de descrição de Hardware
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Avaliações
 Provas teóricas
 Trabalhos de implementação
 Uso de simuladores
 Seminários
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Avaliações
 1ª. Avaliação : 20/11/2013
 2ª. Avaliação : 20/12/2013
 3ª. Avaliação : 19/02/2014
 Reposições : 26/02/2014
 4ª. Avaliação : 28/02/2014
 Feriados e dias sem aula:
 15/11/2013 – Proclamação República
 13/12/2013 – Padroeira Mossoró
 25/12/2013 a 10/01/2014 – Recesso
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Introdução
 Objetivo: estudar e mostrar como os 
computadores funcionam
 Mas o que queremos dizer com a palavra 
“computador”?
 Diferentes tipos: 
 desktop, servidores, dispositivos embutidos
 Diferentes usos: 
 automóveis, design gráfico, finanças, genética...
 Diferentes fabricantes: 
 Intel, Apple, IBM, Microsoft, Sun...
 Diferentes tecnologias subjacentes e diferentes 
custos!
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Introdução
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Introdução
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Abstração
 Uma boa dica para obter mais
informações é aprofundar-se nos 
componentes
 Uma abstração omite detalhes
desnecessários e ajuda a entender 
a complexidade
Abstração
 É preciso entender abstrações como:
 Software de aplicações 
 Software de sistemas 
 Linguagem assembly
 Linguagem de máquina 
 Aspectos de arquitetura, como caches, memória virtual, 
canalização 
 Lógica sequencial, máquinas de estado finito
 Lógica combinatória, circuitos aritméticos
 Lógica booleana, 1s e 0s
 Transistores usados para construir portas lógicos (CMOS)
 Semicondutores/silício usados para construir transistores
 Propriedades dos átomos, elétrons e dinâmica quantitativa
 Muito o que aprender!
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Conceitos
 Arquitetura de computador
 Refere-se aos atributos de um sistema visíveis a um 
programador ou, em outras palavras aqueles 
atributos que possuem um impacto direto sobre a 
execução lógica de um programa
 Organização de computador
 Refere-se às unidades operacionais e suas 
interconexões que realizam as especificações 
arquiteturais
 Muitos fabricantes de computador oferecem 
uma família de modelos de computador, todos 
com a mesma arquitetura, mas com diferença 
na organização
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Tecnologias para Construção de 
Processadores e Memórias
 Processadores e memórias melhoram em uma 
velocidade espantosa
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Ano Tecnologia usada Desempenho relativo / 
custo unitário
1951 Válvula 1
1965 Transistor 35
1975 Circuito Integrado 900
1995 Circuito VLSI (Very Large Scale Integrated) 2.400.000
2005 Circuito ULSI (Ultra Large Scale Integrated) 6.200.000.000
Tecnologias para Construção de 
Processadores e Memórias
 Válvula
 Tubo de vidro oco de aproximadamente 5 a 10 cm, 
do qual o máximo de ar foi removido e que usa um 
feixe de elétrons para transferir dados
 Transistor
 Chave liga/desliga controlada por um sinal elétrico
 Circuito Integrado
 Combinou dezenas a centenas de transistores em um 
único chip
 Circuito VLSI
 Dispositivo com centenas de milhares a milhões de 
transistores
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Tecnologias para Construção de 
Processadores e Memórias
 Crescimento da capacidade por chip de 
memória DRAM
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Tecnologias para Construção de 
Processadores e Memórias
 Crescimento da capacidade por chip de Processadores da 
INTEL
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Tecnologias para Construção de 
Processadores e Memórias
 Durante 20 anos, a indústria quadruplicou 
consistentemente a capacidade a cada 3 
anos, resultando em um aumento de 16000 
vezes!
 Lei de Moore
 A capacidade em transistores dobra a cada 18 a 24 
meses
 Previsão feita por Gordon Moore, um dos fundadores 
da Intel
 Sustentar essa taxa de progresso desde a 
década de 1960 exigiu incríveis inovações nas 
técnicas de fabricação
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Tecnologias para Construção de 
Processadores e Memórias
 Lei de Moore
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Fabricação dos Chips Pentium 4
 Um VLSI consiste em bilhões de combinações 
de condutores, isolantes e chaves, fabricados 
em um único e pequeno pacote
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Lingote de silício
Fatiador
Wafers
virgens
20 a 40 passos de 
procesamento
Encapsulador
de dies
Dies testados Wafer
testado
Dicer
(cortador)
Testador 
de wafers
Dies encapsulados
Testador 
de peça
Dies encapsulados 
e testados
Remessa para 
clientes
Wafers com padrões
Fabricação dos Chips Pentium 4
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lâmina de Silício
pastilha
Pastilha
empacotada
Portas lógicas
Células de 
memória
Fabricação dos Chips Pentium 4
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Fonte: http://img80.imageshack.us/i/chip4me6.jpg/
Fabricação dos Chips Pentium 4
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Fonte: http://www.gdhpress.com.br/hardware/leia/index.php?p=cap1-5
Tipos de processadores
 Microprocessadores
 Microcontroladores
 DSP
 ASIC
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Tipos de processadores
 Microprocessadores
 Mais complexos
 Milhões de transistores
 Registradores, 
 Máquinas sequenciais
 Circuitos lógicos
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Fonte: http://microcontrolador-pic.blogspot.com.br/2010/11/diferenca-entre-microcontrolador-e.html
Tipos de processadores
 Microcontroladores
 Menos poderesos
 Mais lentos
 Espaço de 
endereçamento menor 
que microprocessadores
 Integram tudo
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Fonte: http://microcontrolador-pic.blogspot.com.br/2010/11/diferenca-entre-microcontrolador-e.html
Tipos de processadores
 Processadores de sinais digitais (DSP)
 Processamento de áudio, vídeo
 Implementa instruções mais complexas
24Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/DSP
Tipos de processadores
 Processador de propósito específico - ASIC 
(Application Specific Integrated Circuit)
 Construído para executar uma tarefa específica
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Referências
 PATTERSON, D. A. ; HENNESSY, J.L. Organização 
e projeto de computadores – a interface 
hardware software. 3. ed. Editora Campus, 
2005.
 STALLINGS, W. Arquitetura e organização de 
computadores: projeto para o desempenho. 8. 
ed. Prentice Hall, 2009.
 DELGADO, J.; RIBEIRO, C. Arquitetura de
Computadores. 2 ed. LTC, 2009.
 TANENBAUM, A. S. Organização estruturada de 
computadores. Prentice Hall, 1990.
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