Introdução à arquitetura de computadores

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INSTITUTO FEDERAL DO 
PIAUÍ - IFPI
CAMPUS CORRENTE
ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS
ARQUITETURA DE COMPUTADORES
PROFESSOR: PAULO DE OLIVEIRA GOMES FILHOpaulo.filho@ifpi.edu.br
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1. Apresentação
2. Conceitos básicos em Arquitetura de computadores
3. Evolução dos Computadores
4. Tipos de Computadores
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1. Formado em Eletrônica (IFPI);2. Formado em Lic. em Física (IFPI);3. Formado em Sistemas de Informação (UFPI);4.Especial ista em Docência do Ensino Superior (IESM);5. Professor da educação básica em Teresina;6. Professor de preparatório para concurso;7. Professor substituto da SEDUC-PI;8. Técnico de campo da operadora TIM;9. Técnico de Tecnologia da Informação (IFPI);10. Professor de informática (IFPI).
Apaixonado pelo que faço.
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2.1. O QUE É INFORMÁTICA?
INFORMAÇÃO AUTOMÁTICA
INFORMÁTICA
2.2. E o que vem a ser COMPUTAÇÃO?
ação de computar
Fazer o cômputode:Contar, 
Orçar, Calcular; 
Processar...
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2.3. O QUE É O COMPUTADOR?
Máquina à base de circuitos eletrônicos que efetua grandes operações e cálculos gerais, de maneira ultra-rápida.
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2.4. O QUE É ARQUITETURA?
A arquitetura (AO 1945: arquitectura), (AO 1990: arquitetura) (do grego αρχή [arkhé] significando "primeiro" ou "principal" e τέχνη [tékhton] significando "construção") refere-se tanto ao processo quanto ao produto de projetar.
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2.5. O QUE É ARQUITETURA DE COMPUTADORES?
Arquitetura de Computadores é o projeto conceitual e fundamenta l da es t ru tu ra operac iona l de um s i s tema computacional. Ela é o estudo dos requisitos necessários para que um computador funcione e de como organizar os diversos componentes para obter melhores desempenhos.
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FONTE: https://www.youtube.com/watch?v=zu5QvPHGU3Q&t=405s
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• Desktop : Computadores de ba ixo -cus to 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.
• 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.
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DESKTOP SERVIDORES EMBARCADO
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1. Conceitue informática?
2. Qual a finalidade da arquitetura de computadores?
3. Discorra sobre as gerações dos computadores.
4. Quais os tipos de Computadores?
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ATÉ A PRÓXIMA AULA!
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1. ORGANIZAÇÃO ESTRUTURADA DE COMPUTADOR
1.1. LINGUAGENS, NÍVEIS E MÁQUINAS VIRTUAIS
1.2. MÁQUINAS MULTINÍVEIS CONTEMPORÂNEAS
1.3. EVOLUÇÃO DAS MÁQUINAS MULTINÍVEIS
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Existe uma grande lacuna entre o que é conveniente para as pessoas e o que é conveniente para o computador.
A linguagem de máquina (binária-baixo nível) está 
muito distante de uma linguagem natural (humana-alto 
nível).
E ai o que fazer?
Criar uma organização estruturada de 
computadores para facilitar a 
comunicação homem-máquina.
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O QUE É UM PROGRAMA DE COMPUTADOR?
É uma sequência de intruções descrevendo como realizar uma determinada tarefa.
Exemplo: calcular a média de três notas.
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Supondo a existência das linguagens:
L1: l inguagem natural, do usuário (alto nível e complexa)
L0: linguagem da máquina (baixo nível e simples)
Como compatibilizar L1 com L0? Temos 3 soluções:• usar um tradutor• usar um interpretador• usar a híbrida (tradutor + interpretador)
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TRADUTOR• Cada instrução de L1 é substituída por um conjunto de instruções equivalents de L0.• Processador executa programa em L0. • Todo programa em L0 é carregado em memória e é executado.• Programa pode ser traduzido uma única vez e executado várias vezes.
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INTERPRETADOR: • Cada instrução de L1 é substituída por um conjunto de 
instruções equivalents de L0.• Processador executa instrução de L1 (transformada para L0) antes de executar próxima instrução. • Cada instrução de L1, transformada para L0, é carregada na memória e executada.• Não é criado um programa em L0.• Programa deve ser novamente interpretado para ser executado.
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HÍBRIDA: (tradutor + interpretador)
Ao invés de pensar em tradução ou interpretação, 
pode-se imaginar a existência de um computador 
hipotético, ou de uma máquina virtual M1, cuja linguagem de máquina seja L1 (e uma máquina real M0 com linguagem L0). Os programas poderiam ser escritos em L1, para a máquina M1 e:• serem executados diretamente em M1 se esta máquina fosse de custo de construção baixo, ou• serem traduzidos ou interpretados para L0 e executados em M0
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1.2. MÁQUINA MULTINÍVEL
Programas em L0 podem ser executados 
diretamente pelos circuitos eletrônicos
Programas em L1 são interpretados por 
um interpretador rodando em M0, ou são 
traduzidos para L0
Programas em L2 são interpretados por 
um interpretador rodando em M1 ou M0, 
ou são traduzidos para L1 ou L0
Programas em Ln são interpretados por 
um interpretador rodando em uma 
máquina de nível inferior ou M0, ou são 
traduzidos para linguagem de máquina 
de nível inferior
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1.3. MÁQUINAS MULTINÍVEIS CONTEMPORÂNEAS
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Nível 0: Nível da Lógica Digital
Nível mais baixo da estrutura;Objetos de interesse são conhecidos como portas lógicas.Cada porta lógica tem 1 ou mais entradas digitais (aceitam 0 ou 1) e calculam funções lógicas simples sobre essas entradas. Exemplo: AND, OR, XOR,...Portas lógicas são combinadas para formar o Processador - principal dispositivo do computador.
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Nível 1: Nível da Microarquitetura
Enxergamos uma memória local (8 a 32 registradores) e a UAL (Unidade Aritmética Lógica) que realiza operações aritméticas muito simples.Os registradores são conectados a UAL formando o caminho dos dadosOperações são controladas por um microprograma ou diretamente por hardwareMicroprograma é um interpretador para as instruções do nível 2.
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Nível 2: Nível da Arquitetura do Conjunto de Instruções 
(nível ISA - Instruction Set Architeture) 
Definida pelo fabricante e dependente da arquitetura da máquina.Fabricantes disponibilizam "Manual de Referência da Linguagem de Máquina" ou "Princípios de operação do Computador Modelo XYZ4W), ou algo similar.Manuais descrevem como as instruções são executadas interpretativamente pelo microprograma ou como elas são executadas diretamente pelo hardware.E s s a s i n f o r m a ç õ e s s ã o n e c e s s á r i a s p a r a o s desenvolvedores de sistemas operacionais.
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Nível 3: Nível do Sistema Operacional
Instruções da linguagem deste nível também podem conter instruções do nível ISA.Suporta uma organização diferente de memória.Suporta capacidade de rodar 2 ou mais programas simultaneamente.Suporta sistemas de comandos ou de janelas (windows).Programadores deste nível, e também dos níveis mais baixos, são conhecidos como programadores de sistema. Os programadores dos níveis mais altos que este são chamados programadores de aplicação.
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Nível 4: Nível da linguagem do montador ou de 
montagem (Assembly language)
Linguagem de montagem: forma s imból ica de representação das linguagens do nível mais baixo.Programas nessa linguagem são primeiro traduzidos para as linguagens dos níveis 1, 2 e 3 e depois interpretados pela máquina virtual apropriada ou pela própria máquina real. Programa que realiza essa tradução é chamado de montador
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Nível 5: Nível das linguagens orientadas para solução dos 
problemas
Conhecidas como linguagens de alto nível. Exemplos Basic, C, Pascal, Java, LISP, ....Programas são geralmente traduzidos para os níveis 3 e 4 por compiladores Alguns são interpretados: Exemplo: programas em Java, MatLab, ...
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ATÉ A PRÓXIMA AULA!
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1. ORGANIZAÇÃO DE SISTEMAS DE COMPUTADORES1.1. PROCESSADORES1.1.1. ORGANIZAÇÃO DA CPU1.1.2. EXECUÇÃO DE INSTRUÇÃO1.1.3. RISC X CISC33
Um computador digital consiste em um sistema interconectado de processadores, memória e dispositivos de E/S.
1.1. PROCESSADORES (CPU: UNIDADE CENTRAL DE 
PROCESSAMENTO)É o "cérebro" do computador;Sua função é executar programas armazenados na memória principal buscando suas instruções, examinando-as e então executando-as uma após a outra.
Programa de computador : é um conjunto de instruções que descrevem uma tarefa a ser realizada por um computador. 
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A ORGANIZAÇÃO DE UM COMPUTADOR SIMPLES COM 
UMA CPU E DOIS DISPOSITIVOS DE E/S.
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CPU = UC + ULA + REGISTRADORES
UC (UNIDADE DE CONTROLE): É responsável por buscar instruções na memória principal e determinar seu tipo.
ULA (UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA): efetua operações como adição e AND(E) booleano para executar as instruções.
REGISTRADOR: compoẽm pequenas memórias de alta velocidade usada para armazenar resultados temporários e para algum controle de informações.
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PARTES DO PROCESSOR
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FUNCIONAMENTO DOS REGISTRADORES
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PRINCIPAIS REGISTRADORES
• CONTADOR DE PROGRAMA (PC-PROGRAM COUNTER): indica a próxima instrução a ser buscada para execução.
• REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO (IR-INSTRUCTION 
REGISTER): mantém a instrução que está sendo executada no momento.