Aula 1 - Introdução a Arquitetura de Computador

Prévia do material em texto

Análise e Desenvolvimento de Sistemas 
Material desenvolvido: 
• Prof. Luis H. V. Nakamura 
1 
ROTEIRO 
 Apresentação do Curso 
 
 Introdução à Organização e Arquitetura de 
Computadores 
2 
Apresentação do Curso 
 Objetivos do Curso: 
 Entender o que é e como funciona um computador; 
Compreender os conceitos da arquitetura de um 
computador clássico, seus fundamentos e os princípios de 
funcionamento; Compreender o conceito de memória com 
suas diferentes funções e medidas de desempenho; 
Conhecer os principais mecanismos para a realização de 
operações de entrada e saída bem como os principais 
dispositivos envolvidos. 
3 
Apresentação do Curso 
 Bibliografia: 
 
 MONTEIRO, M. A.. Introdução à organização de computadores. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. 
720p. 
 STALLINGS, W.. Arquitetura e organização de computadores. 8. ed. São Paulo: Pearson, 2010. 
640p. 
 WEBER, R. F.. Fundamentos de arquitetura de computadores. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 
2012. 424p. (Série livros didáticos informática UFRGS, v. 8) 
 MORIMOTO, C. E.. Hardware II: o guia definitivo. 1. ed. Porto Alegre: GDH Press e Sul Editores, 
2010. 1088p. 
 MURDOCCA, M. J.; HEURING, V. P.. Introdução a arquitetura de computadores. 1. ed. Rio de 
Janeiro: Campus, 2001. 536p. 
 PANNAIN, R.; BEHRENS, F. H.; PIVA JUNIOR. D.. Organização básica de computadores e 
linguagem de montagem. 1. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2012. 424p. 
 TANENBAUM, A. S.; VAN STEEN, M.. Organização estruturada de computadores. 5. ed. São 
Paulo: Pearson, 2007. 464p. 
 TORRES, G.. Montagem de micro: para autodidatas, estudantes e técnicos. 1. ed. Rio de 
Janeiro: Novaterra, 2010. 368p. 
 TORRES, G.. Hardware: versão revisada e atualizada. 1 ed. Rio de Janeiro: Novaterra, 2013. 
920p. 
 
4 
Apresentação do Curso 
 Notas de Aula: 
 Moodle: http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/ 
○ ARQA1 - Arquitetura de computadores - 1º semestre 
2020 
 Disciplina: Chave Moodle: ARQA1#Naka2020 
 
 
5 
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
http://ctd.ifsp.edu.br/moodle/
Apresentação do Curso 
 Reposição de Aula: 25/04/2020 
 Avaliações: 
 1 Trabalho: T1(24 e 25/04) 
 2 Provas: P1(17/04) e P2(26/06) 
 IFA: 07/07 (Previsão) 
Média: 
○ (Nota T1*0,3) + (Nota P1*0,3) + (Nota P2*0,4) 
 Frequência: 75% 
 
6 
ROTEIRO 
 Apresentação do Curso 
 
 Introdução à Organização e Arquitetura de 
Computadores 
7 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Organização X Arquitetura 
 Organização: “A organização de um computador é a 
parte do estudo da ciência da computação que trata dos 
aspectos relativos à parte do computador mais conhecida 
dos especialistas que o construíram e cujo entendimento 
é desnecessário ao programador. São aspectos relativos 
aos componentes físicos específicos, como a tecnologia 
utilizada na construção da memória, a frequência do 
relógio, os sinais de controle para iniciar as 
microoperações nas diversas unidades da máquina.” 
(Monteiro, 2007) 
 
8 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Organização X Arquitetura 
 Arquitetura: “A arquitetura do mesmo computador é 
uma outra parte da ciência da computação, mais no nível 
de conhecimento desejado pelo programador, visto que 
suas características (as da arquitetura de uma 
determinada máquina) têm impacto direto na elaboração 
de um programa. São elementos de uma arquitetura, o 
conjunto de instruções de um processador, o tamanho da 
palavra, os modos de endereçamento das instruções, o 
tipo e o tamanho dos dados manipulados pelo 
processador.” (Monteiro, 2007) 
 
9 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Organização X Arquitetura 
 Exemplo: 
○ Família x86 (Intel) 
 Conjunto de instruções compatíveis em processadores da mesma 
“família”, permitindo a troca de computador (ou processador) sem 
alterar os programas (recompilá-los), visto que empregam, na 
essência, a mesma arquitetura. 
 Porém, cada processador da “família” (386, 486, Pentium Pro, Pentium 
II, Pentium III, Pentium 4, etc.) tem características especificas de 
implementação, ou seja, a organização deles são diferentes e isso 
afeta o seu interior e desempenho, mas não no que se refere ao 
usuário. 
 
10 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Hardware X Software 
 O computador é construído de diversos 
componentes físicos, desde as partes pequenas 
(transistores, capacitores) e que formam as 
maiores (CPU- Central Processing Unit ou UCP 
– Unidade Central de Processamento), 
Memórias, Placa Mãe (Motherboard), monitor, 
teclado, mouse, etc. 
 Esse conjunto de componentes formam a parte 
conhecida como Hardware. 
11 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
  Hardware X Software 
 Exemplos de Hardwares: 
12 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Hardware X Software 
 O termo software surgiu na época dos 
computadores, para indicar o elemento que 
comanda as atividades do hardware, a sua 
programação, suas instruções e que podem 
facilmente ser alteradas manualmente. 
13 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Sistemas (Monteiro, 2007): 
 “Um sistema pode ser compreendido, por exemplo, como 
um conjunto de partes que cooperam para atingir um 
objetivo comum”. 
 Para o nosso contexto: “Conjunto de partes coordenadas 
que concorrem para a realização de um determinado 
objetivo”. 
 Calcular/Computar: Realizar operações matemáticas. 
○ Dados + Processamento = Informação 
14 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Sistemas (Monteiro, 2007): 
 “Sistema de processamento de dados (SPD) são aqueles 
responsáveis pela coleta, armazenamento, 
processamento e recuperação, em equipamentos de 
processamento eletrônico, dos dados necessários ao 
funcionamento de um outro sistema maior: o sistema de 
informações” (SPD + nível de decisão organizacional). 
15 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Sistemas de Computação (Monteiro, 2007): 
 “Qualquer processamento de dados que requer a 
execução de uma série de etapas (automáticas ou 
manuais) por um computador. Tais etapas, elaboradas e 
executadas passo a passo, constituem o que se chama 
programa. 
 Cada passo mencionado é uma diferente instrução ou 
comando dada ao hardware para que uma determinada 
ação seja realizada (operação aritmética, transferir uma 
informação, etc.). 
 Programa é o conjunto de instruções. 
16 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Sistemas de Computação (Monteiro, 2007): 
 Exemplo de Programa para somar 100 números e 
imprimir o resultado: 
17 
1. Escrever e guardar N=0 e SOMA=0 
2. Ler número da entrada 
3. Somar valor do número ao de SOMA e guardar resultado 
como SOMA 
4. Somar 1 ao valor de N e guardar resultado como novo N 
5. Se valor de N for menor que 100, então passar para item 2 
6. Senão: imprimir valor de SOMA 
7. Parar 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Sistemas de Computação (Monteiro, 2007): 
 Exemplo de Programa/Algoritmo para somar 100 
números e imprimir o resultado: 
18 
Entrada Saída Processamento 
Fases de processamento de um programa 
Digitação do 
programa e 
dos dados 
Cálculos e 
Testes 
Impressão dos 
resultados 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Linguagens, níveis e máquinas reais 
 Computadores entendem a linguagem de 
máquina (L0); 
 Embora a linguagem L0 seja muito conveniente 
para o computador, ela é muito inconveniente 
para as pessoas que preferem uma linguagem 
mais próxima do que estãoacostumadas. 
 Uma solução é criar uma linguagem L1 mais 
próxima do que as pessoas entendem. 
19 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Linguagens, níveis e máquinas reais 
 E para executar a linguagem L1 no computador 
que entende apenas a linguagem L0? Duas 
técnicas: 
○ Tradução: substituir cada instrução escrita no 
programa por uma sequencia equivalente de 
instruções L0. O programa resultante consiste 
inteiramente em instruções L0. Então o computador 
executa o novo programa L0 em vez do antigo 
programa, L1. 
20 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 ○ Tradução: 
21 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Linguagens, níveis e máquinas reais 
 E para executar a linguagem L1 no computador 
que entende apenas a linguagem L0? Duas 
técnicas: 
○ Interpretação: escrever um programa em L0 que 
considere programas em L1 como dados de entrada e 
os execute examinando cada instrução por vez e 
executando diretamente a sequencia equivalente de 
instruções L0. Essa técnica não requer a geração 
prévia de um novo programa em L0. O programa que 
executa a interpretação é chamado de interpretador. 
22 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 ○ Intepretação: 
23 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Linguagens, níveis e máquinas 
 Tradução X Interpretação: 
○ Ambas executam instruções em L1 que realizam 
sequencias equivalentes de instruções em L0. 
○ Diferença: 
 Na tradução todo o programa L1 é antes convertido para um 
programa L0; o programa L1 é descartado e então o novo 
programa L0 é carregado na memória do computador e 
executado (o programa controla o computador). 
 Na Intepretação após o exame e a decodificação de cada 
instrução L1, ela é executada imediatamente. Nenhum 
programa traduzido é gerado (interpretador controla o 
computador). 
24 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Linguagens, níveis e máquinas 
 Tradução X Interpretação: 
○ Em vez de pensar em termos de tradução e 
interpretação, muitas vezes é mais simples imaginar a 
existência de um computador hipotético ou máquina 
virtual cuja linguagem de máquina seja L1. 
○ Dessa forma, podemos ter diversas linguagens (L1, L2, 
etc.) e diversas máquinas virtuais (M1, M2, etc.). Cada 
linguagem usa a antecessora como base, de modo que 
podemos considerar um computador que use essa 
técnica como uma série de camadas ou níveis. 
25 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Máquina Multinível 
26 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
 Computador de 
seis níveis: 
27 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
  Von Neumann: 
 Programa + Dados 
 Busca + Decodifica + Executa 
29 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
29 
Introdução à Organização e 
Arquitetura de Computadores 
 
30 
31 
BIBLIOGRAFIA 
 MONTEIRO, M. A.. Introdução à organização de computadores. 5. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2007. 720p. 
 PANNAIN, R.; BEHRENS, F. H.; PIVA JUNIOR. D.. Organização básica de computadores 
e linguagem de montagem. 1. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2012. 424p. 
 STALLINGS, W.. Arquitetura e organização de computadores. 8. ed. São Paulo: Pearson, 
2010. 640p. 
 MORIMOTO, C. E.. Hardware II: o guia definitivo. 1. ed. Porto Alegre: GDH Press e Sul 
Editores, 2010. 1088p. 
 MURDOCCA, M. J.; HEURING, V. P.. Introdução a arquitetura de computadores. 1. ed. 
Rio de Janeiro: Campus, 2001. 536p. 
 TANENBAUM, A. S.; VAN STEEN, M.. Organização estruturada de computadores. 5. ed. 
São Paulo: Pearson, 2007. 464p. 
 TORRES, G.. Montagem de micro: para autodidatas, estudantes e técnicos. 1. ed. Rio 
de Janeiro: Nova Terra, 2010. 368p. 
 WEBER, R. F.. Fundamentos de arquitetura de computadores. 4. ed. Porto Alegre: 
Bookman, 2012. 424p. (Série livros didáticos informática UFRGS, v. 8)