Aula 1 - ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO
e
O.C.
Prof. MARCOS GONDIM
Professor
• Técnico em eletrônica pelo CEFET-PE.
• Engenheiro em Telecom pela UPE.
• Mestre em Comunicações pela UFPE.
• Doutorando em Comunicações pela UFPE.
• Coordenador de Pós-Graduação dos cursos de:
– Telecomunicações.
– Segurança em Redes de Computadores. 
• Atuação profissional: Oi, Claro e TJPE.
Ementa
• Organização de Computadores; 
• Lógica de programação (MATLAB); 
• Algoritmos e formas de representação; 
• Linguagens de programação;
• Estruturas de tomada de decisão; 
• Estruturas de repetição.
Organização de Computadores
• Computador = Hardware + Software
ENTRADA
(DADOS)
PROCESSAMENTO
SAÍDA
(INFORMAÇÃO)
Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC)
John Eckert e John Mauchly
Organização de Computadores
• Exemplo de Arquitetura de um computador 
pessoal.
Organização de Computadores
• Arquitetura de Datacenter.
Processamento e memória
Servidor
Armazenamento
Storage
Rede FC-Fibrechannel (SAN) e Ethernet (LAN)
Switch
Desempenho
Organização de Computadores
• Dispositivos de Entrada e Saída (I/O):
“indica entrada (inserção) de dados por meio de algum código ou programa, 
para algum outro programa ou hardware, bem como a sua saída (obtenção de 
dados) ou retorno de dados, como resultado de alguma operação de algum 
programa, consequentemente resultado de alguma entrada.”
Organização da CPU
• A CPU (Central Processing Unit) 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.
• Os componentes da CPU são conectados por 
barramentos, tanto a memória, quanto aos 
dispositivos de entrada e saída (I/O). 
Organização da CPU
• A CPU é composta pela:
– UNIDADE DE CONTROLE: responsável por buscar 
instruções na memória principal.
– ULA: realiza adições e operações AND booleana.
– REGISTRADORES: 
memória de alta 
velocidade (pois 
está dentro da 
CPU) que 
armazenam 
resultados 
temporários.
Organização da CPU
• Registradores:
– Em geral tem o mesmo tamanho.
– O mais importante é o PC (Program Counter) que 
indica a próxima instrução a ser buscada para a 
execução.
– Outro registrador importante é o IR (Instruction
Register) que armazena a instrução que está sendo 
executada.
CPU de von Neumann
• John von Neumann foi um 
matemático húngaro de origem 
Judaica com contribuições nas áreas de
– teoria dos conjuntos, análise funcional, 
– mecânica quântica, ciência da computação, 
– economia, teoria dos jogos, análise numérica, 
– hidrodinâmica das explosões, estatística.
• Foi professor na Universidade de Princeton e um dos construtores 
do ENIAC.
CPU de von Neumann
• CPU de von Neumann:
– É composta pelo caminho de dados.
– Os registradores de entrada da ULA são alimentados por uma pilha de 
registradores.
• As instruções podem ser executadas de duas formas:
– Registrador-memória
– Registrador-registrador
• O processo de passar dois operandos pela ULA e armazenar o 
resultado e denominado ciclo de caminho de dados.
CPU de von Neumann
CPU de von Neumann
• Execução de instrução (buscar-decodificar-executar):
1. Trazer a próxima instrução da memória para o IR (registrador 
de instrução).
2. Alterar o contador do programa para que aponte para a 
próxima instrução.
3. Determinar o tipo da instrução trazida.
4. Se usar a memória, indicar o endereço da informação 
(palavra) e trazê-la para o registrador.
5. Executar a instrução.
6. Voltar a etapa 1.
Lei de Moore
• A lei de Moore surgiu em 1965 através de um conceito 
estabelecido por Gordon Earl Moore (co-fundador da Intel). 
• Tal lei dizia que:
– “o número de transistores em chips dos computadores dobraria a cada 18 
meses.”
Processadores vs Interpretadores
PROCESSADORES INTERPRETADORES
Implementado puramente em hardware.
Composto basicamente por:
• Registadores
• ULA
• Unidade de controle
É um software conversor que recebe a 
instrução do programa fonte, confere para 
ver se está escrita corretamente, converte-a 
em linguagem de máquina e então ordena 
ao computador que execute esta instrução. 
Quando a segunda instrução é trabalhada, a 
primeira é perdida, isto é, apenas uma 
instrução fica na memória em cada instante.
Maior custo. Menor custo.
RISC vs CISC
CISC (Complex Instruction Set Computer) RISC (Reduced Instruction Set Computer)
Capaz de executar várias centenas de 
instruções complexas (ponto flutuante: 
frações, números negativos e potências) 
diferentes, sendo extremamente versátil.
São capazes de executar apenas algumas 
poucas instruções simples e 
consequentemente muito mais barato.
Exemplo: processadores x86. Exemplo: Apple, SPARC T5 (Oracle), IBM 
Power 780.
Arquitetura: Registrador-Memória. Arquitetura: Registrador-Registrador.
Tipos de dados: Muito variada. Tipos de dados: Pouca variedade.
• Atualmente vemos processadores híbridos, que são 
essencialmente processadores CISC, mas incorporam muitos 
recursos encontrados nos processadores RISC (ou vice-versa).
Princípios de Projeto
Instruções executadas em hardware As instruções mais comuns são executadas 
diretamente no hardware sem o uso de 
interpretadores com o objetivos de executá-las 
mais rapidamente.
Maximizar a taxa de execução das instruções • Nos projeto de computadores um dos objetivos 
é iniciar o máximo de instruções por segundo 
possível.
• A unidade de medida utilizada é o MIPS 
(milhões de instruções por segundo).
• Isto sugere que o paralelismo desempenha um 
importante papel na obtenção de 
desempenho.
Instruções fáceis de decodificar Deve-se escolher o formato mais simples possível 
para serem utilizadas nas instruções (comprimento 
fixo, pequeno número de campos etc).
Somente LOAD e STORE devem referenciar a 
memória
A memória só deve ser acessada quando 
necessário.
Utilize muitos registradores Isso implicará em um melhor desempenho da CPU.
Pipeline
• Algumas considerações:
– O pipeline não diminui o tempo de execução de cada 
tarefa, mas aumenta o throughput de toda a carga de 
trabalho.
– A taxa do pipeline é limitado pelo estágio mais lento.
– Várias tarefas são realizadas simultaneamente 
utilizando diferentes recursos.
– Um speedup potencial é o número de estágios do 
pipeline.
– O tempo para “encher” o pipeline e para “esvaliá-lo” 
diminui o speedup
– O pipeline trava se houver dependências
Pipeline
Pipeline
Gerações de Processadores Intel
• A Intel começou a fabricar a família Core i(x) de 
processadores em 2010. 
• De lá para cá, a empresa já lançou oito gerações 
de Intel Core i3, i5 e i7 e duas do i9. 
• Isso significa que é possível encontrar, em uma 
mesma loja, um PC com um i3 de quinta geração 
e outro com um i3 de sexta geração.
Gerações de Processadores Intel
• O segredo está nas entrelinhas: 
– um i3 normalmente vem com dois ou quatro núcleos 
de processamento, 
– enquanto os i5 e i7 vêm com até seis ou oito, 
– e o i9 ultrapassa todos os limites com até 18 núcleos. 
– Quanto mais núcleos, mais MIPS e consequentemente 
mais tarefas o processador poderá executar ao 
mesmo tempo.
Gerações de Processadores Intel
• A velocidade com que esse processamento é 
executado também faz diferença: 
– um i3 mais moderno, de 8ª geração, pode funcionar a 
3,6 GHz;
– um i5 de oitava geração pode chegar a 4,3 GHz no 
modo "turbo"; 
– um i7 pode fazer 4,7 GHz 
– um i9 pode alcançar até 4,8 GHz de frequência.
Tabela comparativa Intel
Identificação de um processador
• Sufixos:
– U (Ultra Low Power), Y (Low Power), T (Power 
Optimized), 
– Q (quad-core), H (High-Performance Graphics-GPU 
integrada) ou K(Unlocked - overclock)
Processadores de 32bits e 64bits
• A versão 64 bits de um sistema operacional lida 
com grandes quantidades de memória RAM de 
forma mais eficaz do que uma versão de 32 bits.
• Como saber se meu computador tem 
PROCESSADOR e SISTEMA OPERACIONAL com 64 
bits.
Processadores de 32bits e 64bits32 bits
• Processadores de 32-bits conseguem guardar um total 
de 232, ou 4.294.967.295 endereços diferentes. Esses 
endereços apontam para a memória RAM, onde as 
informações de que o processador precisa ficam 
armazenadas.
• Por esse motivo, processadores de 32 bits só conseguem 
aproveitar, no máximo, 4GB de RAM. A máquina pode 
até ter mais memória instalada, mas o processador não 
conseguirá acessá-la, pois só consegue distribuir 
endereços para os primeiros 4 GB.
CPU vs GPU
• CPU (unidade central de processamento) é o 
processador do computador. 
• GPU (unidade de processamento gráfico) também 
conhecido como VPU (unidade de processamento 
visual) é o processador da sua placa de vídeo.
Referências
• Tabela comparativa de processadores Intel:
• https://www.intel.com.br/content/www/br/pt/su
pport/articles/000005505/processors.html
• (Livro)Tanenbaum,A. Organização estruturada de 
computadores, 6ª edição.
https://www.intel.com.br/content/www/br/pt/support/articles/000005505/processors.html
Dúvidas