Abstrações e Tecnologias Computacionais

Prévia do material em texto

Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Organização de Computadores
Marcelo Lobosco
Universidade Federal de Juiz de Fora
Aula 02 - Abstrações e Tecnologias Computacionais
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Introdução
Por baixo do seu programa
Sob as tampas
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Introdução
I Tecnologia da Informação
I Responsável por cerca de 7,1% do PIB americano em 2013
I Mais de US$1 trilhão de dólares
I No mundo: cerca de US$3.8 trilhões de dólares
I Inovações com velocidade surpreendente
I Se setor de transportes tivesse tido mesmo desenvolvimento
que computação...
I ...viagem de Nova Iorque a Londres em um segundo!
I ... pelo custo de centavos de dólar!
I Terceira revolução: informação
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Introdução
I Novo veio de investigação científica: ciência/engenharia
computacional
I Aplicação de computação na exploração de novas fronteiras na
astronomia, biologia, física, química...
I Cada vez que custo da computação melhora por um fator de
10, aplicações que eram economicamente proibitivas
tornam-se viáveis
I Caixas automáticos
I Computadores em automóveis
I Computadores portáteis
I Genoma humano
I WWW
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Introdução
I Classes de computadores
I Desktop
I Uso individual
I Ênfase em bom desempenho por um baixo custo
I Acesso via teclado/mouse
I Servidor
I Múltiplos usuários
I Projetados para suportar grandes cargas de trabalho (única
aplicação complexa/múltiplas tarefas pequenas)
I Acesso via rede
I Abrangem faixa mais ampla em termos de custo e capacidade
(supercomputadores, centros de processamento de dados...)
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Introdução
I Classes de computadores (cont.)
I Computadores embarcados/embutidos
I Maior classe de computadores
I Microprocessadores encontrados em micro-ondas, celular,
automóveis, máquinas de lavar, aviões...
I Projetados para executar aplicações/conjunto de aplicações
relacionadas com um único sistema
I Necessidades específicas: desempenho mínimo com limitações
rígidas em relação ao custo ou potência
I Possuem maior tolerância a falhas: obtida por simplicidade
e/ou redundância
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Introdução
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Por Baixo do Seu Programa
I Aplicações típicas podem consistir de milhares de linhas de
código e se basear em bibliotecas de software que
implementam funções complexas
I Hardware só pode executar instruções extremamente simples
I Camadas de software interpretam instruções de alto nível nas
instruções simples que o hardware compreende
I Organizadas de modo hierárquico
I Muitos tipos de software de sistema
I SO e compilador fundamentais
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Por Baixo do Seu Programa
I Sistema operacional
I Fornece interface entre programa do usuário e o hardware
I Disponibiliza serviços e funções de supervisão
I Manipular operações básicas de entrada e saída
I Alocar armazenamento e memória
I Possibilitar e controlar o compartilhamento do computador
entre as diversas aplicações que o utilizam simultaneamente
I Disciplina específica para estudar SO
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Por Baixo do Seu Programa
I Compiladores
I Realizam outra função fundamental: tradução de programas
escritos em linguagem de alto nível em instruções que o
hardware possa executar
I Processo complexo devido à sofisticação das linguagens
modernas e às instruções simples executadas pelo hardware
I Disciplina específica para estudar compiladores
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Por Baixo do Seu Programa
I Comunicação com máquinas eletrônicas se dá por meio do
envio de sinais elétricos (comandos ou instruções)
I Ligado e desligado, corrente alto ou baixa,...
I "Alfabeto" resume-se a duas "letras"
I Não limitam o que os computadores podem fazer
I 0 e 1
I Linguagem de máquina: números na base 2 ou binários
I Cada letra: digito binário (binary digit) ou bit
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Por Baixo do Seu Programa
I Primeiros programadores comunicavam-se com computadores
usando números binários
I 1000110010100000
I Maçante e propenso a erros
I Novas notações mais parecidas como os humanos pensam
I Inicialmente notações traduzidas para binário manualmente
I Processo ainda cansativo
I Pioneiros desenvolveram programas para traduzir da notação
simbólica para binário
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Por Baixo do Seu Programa
I Primeiro desses programas chamado de montador (assembler)
I Traduz versão simbólica de uma instrução para uma versão
binária
I add A,B => 1000110010100000
I Linguagem simbólica chamada de assembly
I Fantástico avanço, mas ainda longe do ideal
I Uma linha para cada instrução que a máquina seguirá
I Programador obrigado a pensar como a máquina
I Passo anterior pode ser repetido
I Programa pode ser escrito para traduzir linguagem mais
poderosa (alto nível) em linguagem mais simples
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Por Baixo do Seu Programa
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Por Baixo do Seu Programa
I Linguagens de alto nível oferecem vários benefícios
I Permitem que o programador pense em uma linguagem mais
natural
I Uso de palavras em inglês e notação algébrica
I Permitem que linguagem seja projetada de acordo com uso
pretendido
I Fortan, Cobol, Lisp...
I Maior produtividade do programador
I Linguagens independentes do computador onde serão
executadas
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
I Hardware de qualquer computador realiza as mesmas funções
básicas sobre dados
I Inserir
I Processar
I Armazenar
I Gerar saída
I Cinco componentes realizam estas funções: dispositivos de
entrada, saída, memória, caminho de dados e controle
I Dois últimos combinam-se para formar o processador
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
I Processador contém dois componentes principais
I Caminho de dados
I Realiza operações aritméticas
I Controle
I Diz ao caminho de dados, à memória e aos dispositivos de
E/S o que fazer, de acordo com as instruções do programa
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federalde Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
I Memória construída de chips DRAM
I DRAM (Dynamic Random Access Memory)
I Acessos à memória levam o mesmo tempo, independente da
parte da memória lida
I Diferentemente de memórias de acesso sequencial, como
unidades de fita
I Dentro do processador: memória cache
I Memória pequena e rápida que age como buffer para a
memória DRAM
I Construída com SRAM (Static Random Access Memory)
I Mais rápida, mais menos densa
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
I Ambas as memória são voláteis
I Conserva os dados apenas enquanto estiver recebendo energia
I Memória não volátil necessária para armazenar programas e
dados entre execuções
I Discos magnéticos, CDs, DVDs, fita magnética, memórias
FLASH, unidades de disco flexível, unidades ZIP...
I Memória principal x memória secundária
I Termo usado para distinguir a memória usada para armazenar
programas enquanto estão em execução × entre execuções
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
I Comunicação com outros computadores
I Modem (modulador e demodulador)
I Placa de rede
I Redes locais (local area network - LAN)
I Redes metropolitanas (wide area network - WAN)
I Redes sem fio
I Padrão mais popular: IEEE 802.11a/g
I Disciplina específica para estudar redes
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
I Tecnologias para construção de processadores e memórias
I Lei de Moore: Capacidade dos transistores dobra a cada
18/24 meses
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Sob as Tampas
I Regra de crescimento da DRAM: crescimento de quatro vezes
a cada três anos
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
Introdução Por baixo do seu programa Sob as tampas
Próxima aula...
I Abstrações e Tecnologias Computacionais
I Desempenho
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Juiz de Fora
	Introdução
	Por baixo do seu programa
	Sob as tampas