378008-aoc1_aula00_apresentação_da_disciplina

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Arquitetura e Organização de Computadores I
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ARQUITETURA E 
ORGANIZAÇÃO DE 
COMPUTADORES
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG)
Poliana Aparecida Corrêa de Oliveira
polianacorrea@decom.cefetmg.br
Arquitetura e Organização de Computadores I
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Poliana Corrêa (polianacorrea@decom.cefetmg.br)
Formação Acadêmica
� Mestrado em Informática
• PUC Minas (2012)
• Arquitetura de Computadores
� Graduação em Sistemas de Informação
• PUC Minas (2009)
� Técnico em Eletrônica Industrial
• CEFET-MG (2004)
Experiência profissional
� Professora (Computação)
• Ensino Superior
• Ensino Técnico
� Fábricas de Software
• Analista de Qualidade (2012)
• Analista de Testes (2010)
• Analista de Sistemas (2008)
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� Arquiteturas manycore – múltiplos núcleos de processamento
ÁREA DE PESQUISA
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� Redes-em-Chip – Networks-on-Chip (NoC)
ÁREA DE PESQUISA
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� Aplicações Paralelas
ÁREA DE PESQUISA
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VOCÊ JÁ PAROU PARA PENSAR...
� Como um computador funciona?
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VOCÊ JÁ PAROU PARA PENSAR...
� O quanto o computador evoluiu nos últimos anos?
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VOCÊ JÁ PAROU PARA PENSAR...
� O quanto o computador evoluiu nos últimos anos?
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VOCÊ JÁ PAROU PARA PENSAR...
� Que as pessoas tem se tornado dependentes do computador?
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VOCÊ JÁ PAROU PARA PENSAR...
� Que o computador tem mudado de formato e função?
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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO 
DE COMPUTADORES
Mas o que 
arquitetura e 
organização de 
computadores 
tem a ver com 
isso?
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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO 
DE COMPUTADORES
� Arquitetura e Organização de Computadores
� O que é? 
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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO 
DE COMPUTADORES
“O termo arquitetura de computadores refere-se às características
existentes em um projeto de máquina para executar as tarefas escritas
em alguma linguagem de programação (estudo das máquinas que
executam programas, ou seja computadores). O conhecimento desta área
é fundamental não apenas para aqueles que vão projetar novos
computadores, mas também para aqueles que os utilizarão. O
conhecimento dos princípios básicos de funcionamento dos
computadores e da tecnologia embutida nestes permite um uso mais
eficiente dos recursos e a determinação das classes de problemas que
podem ser solucionadas com a tecnologia presente. ”
Trecho da diretriz curricular do MEC 
para cursos da área de computação e informática
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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO 
DE COMPUTADORES
� Então, arquitetura e organização de computadores é o estudo do 
hardware dos computadores?
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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO 
DE COMPUTADORES
� Arquitetura e organização de computadores NÃO envolve
somente o hardware!!!
É a interface entre o hardware e o 
software
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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO 
DE COMPUTADORES
Hardware
� Analogia com a construção civil
Software
+ =
Arquitetura do Computador
Projeto e organização de hardware e 
software para executar programas
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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO 
DE COMPUTADORES
� Arquitetura de Computador refere-se aos atributos de um
sistema visíveis a um programador ou, em outras palavras,
aqueles atributos quer possuem um impacto direto sobre a
execução lógica de um programa
� Exemplos: conjunto de instruções, número de bits de endereçamento,
tipos de dados, mecanismos de E/S, técnicas de endereçamento
� Questão de projeto arquitetural
� A máquina projetada terá ou não uma instrução de multiplicação?
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ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO 
DE COMPUTADORES
� Organização de Computador refere-se às unidades operacionais
e suas interconexões que realizam as especificações
arquiteturais
� Exemplos: detalhes do hardware transparentes ao programador, como
sinais de controle, interfaces entre o computador e periféricos, tecnologia
de memória, etc.
� Questão organizacional
� Implementação da instrução por uma unidade multiplicadora ou uso
repetido da unidade de adição
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POR QUE ESTUDAR AOC?
� “Arquitetura de computador é um componente chave da engenharia
da computação, e o engenheiro de computador deverá ter um
conhecimento prático desse assunto. Ela trata de todos os aspectos do
projeto, da organização e da integração da CPU no próprio sistema de
computação. A arquitetura se estende para cima no software do
computador, pois a arquitetura de um processador precisa cooperar
com o sistema operacional e o software do sistema. É difícil projetar
bem um sistema operacional sem o conhecimento da arquitetura
básica. Além do mais, o projetista do computador precisa ter um
conhecimento do software a fim de implementar a arquitetura ideal.”
Computer Engineering 2014 Curriculum Guidelines
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POR QUE ESTUDAR AOC?
� Alguns exemplos de motivos
� Selecionar o computador mais econômico para ser usado por toda uma
grande organização
� Muitos processadores não são usados em PCs ou servidores, mas em
sistemas embarcados, como por exemplo um controlador inteligente da
eletrônica de um automóvel
� Suporte de conceitos de arquitetura em outras áreas de aplicação, como
sistema operacional e linguagem de programação
� Se você enxergar o computador como uma
“caixa preta”, provavelmente você não vai
conseguir otimizar os seus sistemas de software
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POR QUE ESTUDAR AOC?
� Computação é uma área de mudanças rápidas
� Tubo de vácuo -> transistor -> CI -> VLSI 
� Dobrando a cada 1.5 anos
• Capacidade de memória
• Velocidade do processador (Avanços tecnológicos & organização)
� Coisas que serão aprendidas
� Como computadores funcionam: fundamentação básica
� Como analisar seu desempenho (ou como não se fazer isso!)
� Questões que influenciam computadores recentes (caches, pipelines)
� Por que aprender isso?
� Você quer ser um “engenheiro da computação”
� Você quer construir softwares (necessidade de desempenho)
� Você precisa tomar decisões ou oferecer “expertise” na área
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EMENTA DA DISCIPLINA DE AOC1
� EMENTA
� CARGA HORÁRIA
� 60 horas = 4 aulas semanais / Terças e Quintas: 14:50h às 16:30h
Histórico dos computadores digitais; níveis de abstração;
blocos funcionais: processadores, memórias primária e
secundária, entrada/saída; nível lógico-digital: circuitos digitais
básicos, circuitos de memória, circuitos de
microprocessadores e barramentos, interfaceamento; nível de
micro-programação: micro-arquitetura, macro-arquitetura,
micro-programas, exemplo de uma micro-arquitetura.
Histórico dos computadores digitais; níveis de abstração;
blocos funcionais: processadores, memórias primária e
secundária, entrada/saída; nível lógico-digital: circuitos digitais
básicos, circuitos de memória, circuitos de
microprocessadores ebarramentos, interfaceamento; nível de
micro-programação: micro-arquitetura, macro-arquitetura,
micro-programas, exemplo de uma micro-arquitetura.
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INTERDISCIPLINARIEDADES
� Pré-requisitos
� Sistemas Digitais para Computação
� Laboratório de Sistemas Digitais para Computação
� Co-requisitos
� Laboratório de Arquitetura e Organização de Computadores I
� Disciplinas para as quais é pré-requisito / co-requisito
� Arquitetura e Organização de Computadores II
� Laboratório de Arquitetura e Organização de Computadores II
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OBJETIVOS
1) Selecionar benchmarks e utilizá-los para avaliação de
desempenho de computadores.
2) Conhecer linguagem de máquina para programação de
processadores.
3) Avaliar processadores de acordo com o seu conjunto de
instruções e os seus modos de endereçamento.
4) Entender e avaliar unidades lógicas e aritméticas.
5) Conhecer o fluxo de dados e de instruções dentro de um
processador.
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OBJETIVOS
1 ) Se le cio n ar b en chma rks e u til i zá-los para aval iação d e de semp en ho d e comp utad ore s.
2 ) C o n h e ce rl ingu age m de máq u ina para p ro gramação d e p roce ssad ore s.
3 ) Aval iar p ro ce ssad o re s de acord o co mo se u co njunto de instru çõe se os seu smo do s de en de reçame n to.
4 ) En te n d e r e aval iar u n idad es lógicas e ari tméticas.
5) Conhecer o fluxo de dados e de instruções dentro de um
processador.
6) Entender técnicas para a melhoria de desempenho em
processadores (pipeline).
7) Entender e avaliar o desempenho de interfaces de comunicação
entre o processador e os periféricos.
8) Compreender sistemas embutidos.
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PLANO DE ENSINO
� UNIDADES DE ENSINO
� Unidade 1: Tecnologias computacionais.
� Perspectiva histórica.
� Circuitos integrados.
� Falhas em sistemas computacionais.
� Unidade 2: Avaliação de desempenho de computadores.
� Métricas e desempenho.
� Programas e benchmarks para avaliação de desempenho.
� Análise de casos reais.
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PLANO DE ENSINO
� Unidade 3: Metodologias de projetos de sistemas computacionais.
� Projeto em nível de processadores.
� Projeto em nível de transferência de registradores (blocos funcionais).
� Projeto em nível de portas lógicas.
� Unidade 4: Linguagem de Máquina.
� Instruções aritméticas, de desvio de fluxo e de transferência de dados.
� Exemplos de conjuntos de instruções: PowerPC, MIPS e 80x86..
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PLANO DE ENSINO
� Unidade 5: Aritmética Computacional.
� Operações básicas: adição e subtração.
� Projeto de unidades lógicas e aritméticas.
� Operações de multiplicação e divisão.
� Operações de ponto flutuante.
� Unidade 6: Caminho de dados e controle em um processador
� Projeto de um caminho de dados.
� Projeto de unidades de controle.
� Microprogramação.
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PLANO DE ENSINO
� Unidade 7: Princípios Básicos de Pipeline
� Unidade de controle em um processador com pipeline.
� Tipos de conflitos: dados, adiantamentos de resultados, paradas e desvios 
condicionais. Exceções.
� Unidade 8: Interfaces entre Processadores e Periféricos.
� Características dos dispositivos.
� Características dos barramentos.
� Medidas de desempenho.
� Unidade 9: Introdução a Sistemas Embutidos.
� Princípios básicos.
� Projeto de hardware e software.
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DISTRIBUIÇÃO DE PONTOS
Distribuição de Pontos
1ª Avaliação 25
2ª Avaliação 25
3ª Avaliação 25
Listas de exercícios 9
Seminários 8
Trabalho 1 4
Trabalho 2 4
Total 100
6
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DISTRIBUIÇÃO DE PONTOS
� Avaliação de Reposição / Substitutiva / Suplementar
� Por motivo de ausência em uma das avaliações
� Compreende todo o conteúdo abordado durante o semestre
� Exame especial
� Alunos que não obtiverem o total de 60 pontos
� Compreende todo o conteúdo abordado durante o semestre
� Frequência
� Mínimo de 75% das aulas lecionadas (para aprovação na disciplina)
� Abono de falta e reposição de atividades apenas mediante apresentação de
atestado médico
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� AVALIAÇÃO I
� 23/04/2015 – 25 PONTOS – INDIVIDUAL E SEM CONSULTA
� AVALIAÇÃO II
� 02/06/2015 – 25 PONTOS – INDIVIDUAL E SEM CONSULTA
� AVALIAÇÃO III
� 02/07/2015 – 25 PONTOS – INDIVIDUAL E SEM CONSULTA
� AVALIAÇÃO REPOSITIVA
� 07/07/2015 – 25 PONTOS – INDIVIDUAL E SEM CONSULTA
� EXAME ESPECIAL
� 14/07/2015 – 100 PONTOS – INDIVIDUAL E SEM CONSULTA
CRONOGRAMA
*Este cronograma pode sofrer alterações ao longo do semestre
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BIBLIOGRAFIA DE REFERÊNCIA
1. PATTERSON, D. A.; HENNESSY, J. L. Organização e 
projeto de computadores: a interface 
hardware/sofware. 4. ed. Rio de Janeiro: Campus, 2014.
2. BRYANT, Randal E.; O’HALLARON, David R. Computer 
Systems, A programmer’s Perspective. 2 ed. Pearson, 
2010.
3. HENNESSY, John L.; PATTERSON, David A. Arquitetura 
de Computadores - Uma Abordagem Quantitativa, 5. 
Ed., Rio de Janeiro: Campus, 2014.
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BIBLIOGRAFIA DE REFERÊNCIA
4. TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de
Computadores. Rio de Janeiro: Pearson, 6ª edição, 2013.
5. STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de 
Computadores. 8. Ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 
2010.
6. PARHAMI, Behrooz. Arquitetura de Computadores: 
de microcomputadores a supercomputadores. 1. Ed. 
São Paulo: McGraw-Hill, 2008.
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BIBLIOGRAFIA DE REFERÊNCIA
7. NULL, Linda; LOBUR, Julia. Princípios Básicos de
Arquitetura e Organização de Computadores. 2. Ed.
Porto Alegre: Bookman, 2010.8. VAHID, Frank. Digital
Design with RTL Design, VHDL, and Verilog, 2 ed. Wiley,
2010.
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DÚVIDAS