Arq. e Org de Computadores

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Prof. Esp. Lilian N A Lazzarin
Arquitetura de computadores

Parte 1
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Sumário
❖ Visão Geral!
❖ Uma Breve História!
❖ O modelo de Von Neumann!
❖ O Modelo de Barramento do sistema!
❖ Um sistema de computador Típico
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Visão Geral (1)
❖ A arquitetura de computadores lida com o 
comportamento funcional de um sistema computacional 
segundo o programador!
❖ Inclui os seguintes aspectos!
❖ Por exemplo, usar 16 dígitos binários, para 
representar um inteiro!
❖ E os tipos de operações implementadas (adição, 
subtração)
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Visão Geral (2)
❖ A organização de computadores lida com os 
relacionamentos estruturais que não são vistos pelo 
programador, tais como:!
❖ os relacionamentos estruturais;!
❖ freqüência de clock, e!
❖ a tecnologia usada na memória.
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Visão Geral (3)
❖ Existe um conceito de níveis em arquitetura de 
computadores!
❖ Um computador pode ser estudo em diversos 
níveis!
❖ O mais alto nível é aquele em que o usuário está 
executando programas!
❖ O mais baixo nível consiste em transistores e fios!
❖ Entre esses dois níveis existem vários outros 
intermediários
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Uma breve história (1)
❖ 2000 ac – invento do ábaco pelos fenícios!
!
❖ 1642 - Blaise Pascal desenvolveu a primeira máquina 
mecânica de cálculo, que permitia a realização de somas 
e subtrações.
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Uma breve história (2)
❖ 1834 - Construção da Máquina Analítica, na Inglaterra, 
por Charles Babbage. !
❖ Esta máquina é considerada por muitos a precursora dos atuais 
computadores, e Babbage, o "Pai do Computador".!
❖ A Máquina Analítica tinha dispositivos de entrada para ler cartões 
perfurados que continham instruções a serem executadas, unidade de 
memória ou armazenamento, em que se guardavam as informações 
para uso futuro.!
❖ Processava as quatros operações básicas e tinha uma unidade de 
saída que fazia as impressões em cartões.
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Uma breve história (3)
❖ 1880 - Hollerith, nos EUA, a partir das idéias de Babbage, 
inventou uma máquina para auxiliar e classificar 
informações para o censo americano de 1890. !
❖ O resultado final pôde ser apurado em seis semanas, enquanto, que pelo processo 
anterior, o resultado do censo saiu sete anos depois.!
❖ Holierith fundou uma indústria em 1896, que cresceu e tornou-se a atual IBM 
(International!
❖ Business Machines Corporation).
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Pai da computação
Alan Turing
Alan Turing
❖ Matemático e cientista da computação britânico, é um 
dos maiores nomes na história da evolução dos 
computadores e da informática. !
❖ Alan Mathinson Turing nasceu em 23 de junho de 1912.!
❖ Aparece agora como fundador da ciência da computação, 
o criador da tecnologia dominante do final do século XX.!
❖ Esteve a frente da quebra da criptografia da máquina 
Enigma, usada pelos nazistas durante a Segunda Guerra 
Mundial
Alan Turing
❖ No ano de 1952, Turing foi condenado e julgado por sua 
homossexualidade.!
❖ Em 1954 cometeu suicídio por envenenamento.
Trailer Filme: The Imitation Game
Uma breve história (4)
❖ 1949 - John Louis von Neumann introduziu na 
indústria o conceito de programa armazenado, ao 
compreender que seria possível representar programas 
em forma numérica e, portanto, armazena-los em 
memória da mesma maneira que os dados. !
❖ Von Neumann percebeu ainda que era possível substituir com 
vantagens a aritmética decimal, pela aritmética binária. !
❖ Criou, assim, sua máquina, que ficou conhecida como A Máquina de 
von Neumann, que é, ainda hoje a base da arquitetura de quase todos 
os computadores.
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Uma breve história (5)
❖ Os computadores eletrônicos, em função da função 
tecnológica, são classificados da seguinte forma:
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Uma breve história (6)
❖ Computadores de 1ª Geração (1945-1955)!
❖ Em 1946 concluiu-se o que se pode considerar o "pai" de 
todos os computadores modernos, o ENIAC (Eletronic 
Numerical Integrator Analyser and Computer - 
Analisador e Computador Integrador Numérico 
Eletrônico), com 17.468 válvulas nos circuitos eletrônicos, 
10.000 capacitores e milhares de Km de fios e cabos 
elétricos para realizar a sua programação. 
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Imagens do site http://www.inforquali.com
Uma breve história (7)
❖ Computadores de 1ª Geração (1945-1955)!
❖ Ocupava 170 m2 , pesava cerca de 30 toneladas e 
consumia 150.000 Watts por segundo, o que equivale ao 
consumo mensal de aproximadamente 2.500 residências. !
❖ Operava com cartões perfurados, impressora, disco 
magnético fixo e possuía 100 bytes de memória.
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Uma breve história (8)
❖ Computadores de 2ª Geração (1956-1965)!
❖ Utilizavam transistores em lugar de válvulas.!
❖ Operavam com cartões perfurados, impressora mais 
rápida, disco magnético fixo ou removível e fita 
magnética. !
❖ Cálculos passaram a ser medidos de segundos para 
microssegundos. 
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Imagens do site http://teacher-teachersblog.blogspot.com.br
Univac
IBM
Uma breve história (9)
❖ Computadores de 2ª Geração (1956-1965)!
❖ Nesta época, duas empresas se tornaram mundialmente conhecidas: !
❖ a DEC e a IBM. !
❖ Os computadores que surgiram neste período foram o PDP-1, PDP-8, 
IBM-7090, IBM-7094, CDC-6000, IBM 7030 e Gamma-60. !
❖ No entanto, os elevados custos destas máquinas, restringiam sua 
utilização a aplicações estratégicas do governo e a grandes empresas.
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Uma breve história (10)
❖ Computadores de 3ª Geração (1966-1980)!
❖ Os transistores foram substituídos por Circuitos 
Integrados (Cl), permitindo a popularização e o 
desenvolvimento da Informática, como a conhecemos 
hoje. !
❖ Como inovações operacionais, surgiram: a 
multiprogramação e o teleprocessamento (processamento 
à distância).
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Uma breve história (11)
❖ Computadores de 3ª Geração (1966-1980)!
❖ Nesta época houve uma grande diminuição nos custos, 
criando assim, uma nova faixa de mercado, que incluía 
empresas de médio porte, universidades e centros de 
pesquisa. !
❖ Alguns exemplos desta nova geração de máquinas são o 
IBM-360 e os minicomputadores da série PDP-11, da 
DEC.
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imagem do site http://teacher-teachersblog.blogspot.com.br
Uma breve história (12)
❖ Computadores de 4ª Geração (1981-1990)!
❖ Surgiram em decorrência do uso da técnica dos circuitos LSI (LARGE 
SCALE INTEGRATION) e VLSI (VERY LARGE SCALE 
INTEGRATION). !
❖ Nesse período surgiu também o processamento distribuído, o disco 
ótico e o a grande difusão do microcomputador, que passou a ser 
utilizado para processamento de texto, cálculos auxiliados por 
planilhas eletrônicas e em projetos gráficos, atividades para as quais 
os grandes computadores não eram bem adaptados.
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Uma breve história (13)
❖ Computadores de 5ª Geração (1991- )!
❖ As aplicações exigem cada vez mais uma maior capacidade de 
processamento e armazenamento de dados. Sistemas especialistas, 
sistemas multimídia (combinação de textos, gráficos, imagens e sons), 
banco de dados distribuídos e redes neurais, são apenas alguns 
exemplos dessas necessidades.!
❖ Uma das principais características dessa geração é a simplificação e 
miniaturização do computador, além de melhor desempenho e maior 
capacidade de armazenamento. Tudo isso, com os preços cada vez 
mais acessíveis.
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Uma breve história (14)
❖ Computadores de 5ª Geração (1991- )!
❖ A tecnologia VLSI está sendo substituída pela ULSI 
(ULTRA LARGE SCALE INTEGRATION).!
❖ O conceito de processamento está partindo para os 
processadores paralelos, ou seja, a execução de muitas 
operações simultaneamente pelas máquinas. 
8/18/14Uma breve história (15)
❖ Computadores de 5ª Geração (1991- )!
❖ A redução dos custos de produção e do volume dos componentes 
permitiram a aplicação destes computadores nos chamados sistemas 
embutidos, que controlam aeronaves, embarcações, automóveis e 
computadores de pequeno porte.!
❖ São exemplos desta geração de computadores, os micros que utilizam 
a linha de processadores Pentium, da INTEL.
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Primeiro Trabalho 
Pesquisa sobre a história de Von Neuman e Alan 
Turing 
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O modelo de Von Neumann (1)
❖ Computadores digitais convencionais têm a forma 
comum atribuída de Von Neumann
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O modelo de Von Neumann (2)
❖ O modelo de Von Neumann consiste em cinco 
componentes principais!
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Unidade de Memória
Unidade aritmética e lógica
Unidade de Controle
Unidade de Entrada Unidade de Saída
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O modelo de Von Neumann (3)
❖ O programa armazenado é o aspecto mais 
importante do modelo de von Neumann!
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❖ Um programa é armazenado na memória do 
computador junto com os dados a serem processados!
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❖ No computador de programa armazenado, o 
programa pode ser armazenado como se fosse um 
dado
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O modelo de Barramento do Sistema (1)
❖ Embora o modelo de Von Neumann esteja presente em 
computadores modernos, esse modelo foi 
modernizado.
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O modelo de Barramento do Sistema (2)
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O modelo de Barramento do Sistema (3)
❖ Esse modelo particiona um modelo computacional em 
três subunidades:!
❖ CPU!
❖ Memória!
❖ Entrada/Saída
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O modelo de Barramento do Sistema (4)
❖ O refinamento de Von Neumann combina a ALU e a 
unidade de controle em uma unidade funcional, a CPU!
!
❖ As unidades de entrada/saída são combinadas em uma 
única unidade de E/S
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Níveis de máquina (1)
❖ Assim como em qualquer sistema complexo, o 
computador pode ser visto por várias perspectivas 
ou níveis, do mais alto nível, do usuário, até o mais 
baixo nível dos transistores!
❖ Cada um desses níveis representa uma abstração do 
computador!
❖ Um dos grandes sucessos dos computadores digitais 
é a independência entre os níveis.
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Níveis de máquina (2)
❖ Isso pode ser visto facilmente: um usuário que executa 
um editor de textos em um computador não precisa 
saber nada de programação!
❖ Da mesma forma que um programador não se preocupa 
com as estruturas das portas lógicas existentes em um 
computador!
❖ Uma maneira interessante de explorar a separação de 
níveis é no desenvolvimento de máquinas “upward” 
compatíveis, ou seja, compatíveis “para cima”
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Níveis de máquina (3)
❖ Os níveis!
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Níveis de máquina (4)
❖ A visão do programador – A arquitetura do conjunto de 
instruções!
❖ O programador em linguagem Assembler se preocupa com a 
linguagem de montagem e com as unidades funcionais da máquina.!
❖ Essa coleção de conjuntos de instruções e unidades funcionais é 
conhecida como a arquitetura do conjunto de instruções (Instruction 
Set Architecture – ISA) da máquina.
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Níveis de máquina (5)
❖ A visão do arquiteto do computador!
❖ Vê o computador em todos os níveis!
❖ O arquiteto que se conecta no projeto de um computador é motivado 
invariavelmente por restrições de desempenho e custo!
❖ Desempenho pode ser entendido como a velocidade de execução do programa, a 
capacidade de armazenamento da máquina, ou diversos outros parâmetros!
❖ Custo pode ser entendido em termos monetários, em tamanho, peso ou consumo de 
energia!
❖ O projeto de um computador tem que tentar atingir objetivos de desempenho 
específicos ao mesmo tempo que não pode exceder restrições de custo.
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Um sistema de computador típico
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 O que aconteceu com os 
supercomputadores?
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❖ Leia a matéria do site o Terra (supercomputadores), 
interprete e emita sua posição com relação ao texto e 
faça um artigo.
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