Arquitetura de Computadores

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Arquitetura de Computadores
Apresentação do curso
Ronaldo de Freitas Zampolo
zampolo@ieee.org, zampolo@ufpa.br
LaPS/DEEC/CT/UFPA
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Tópicos
Como iremos trabalhar
Atendimento, avaliação, etc.
Introdução e conceitos básicos
Computador como máquina multi-nível
Máquina de Von Neumann
Lei de Moore
Máquinas-exemplos
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Apresentação do curso
Professor: Ronaldo de Freitas Zampolo
Atendimento
Laboratório de Engenharia Elétrica, 2o
andar, sala no 31.
Telefone: 3201-7307 ramal: 24
E-mail: zampolo@ieee.org,
zampolo@ufpa.br
LaPS/DEEC/CT/UFPA
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Apresentação do curso
Avaliação
Provas escritas
Trabalhos
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Apresentação do curso
Página: www.laps.ufpa.br/zampolo/ (opção:
ensino)
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Avisos
Links úteis
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Apresentação do curso
Objetivo:
Fornecer ao aluno o entendimento básico
da arquitetura interna de computadores,
enfatizando os aspectos práticos e os
recentes avanços na área.
Situações de aplicação:
Projeto e utilização de sistemas
computacionais
Análise crítica para seleção de tecnologias
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Apresentação do curso
Bibliografia:
A. S. Tanenbaum, Organização
estruturada de computadores, 4a ed., LTC,
2001. (http://www.cs.vu.nl/∼ast/)
J. L. Hennessy, D. A. Patterson, Arquitetura
de computadores – uma abordagem
quantitativa, Campus, 2003.
M. J. Murdocca, V. P. Heuring, Introdução à
arquitetura de computadores, Campus,
2000.
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Introdução e conceitos básicos
Como resolver esse problema?
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000111001
000100100
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Introdução e conceitos básicos
Hardware (Nível 0): Ling.(L0) e Máquina (M0)
Solução: uma linguagem mais próxima da
humana (L1)
Programas passam a ser escritos em L1
Programador: preocupação apenas com L1
(M1 – máquina virtual)
Execução: conversão de L1 para L0
(hardware executa):
Tradução
Interpretação
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Introdução e conceitos básicos
Tradução
Programa em L1 (programa-fonte)
Todo o programa em L1 é convertido para
L0, gerando o programa-objeto
O programa em L1 é descartado
Durante a execução, a máquina é
controlada pelo programa-objeto residente
em memória
Tradutor: programa em L0 que realiza a
tradução
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Introdução e conceitos básicos
Interpretação
Programa em L1
Cada instrução do programa em L1 é
convertida para L0 e imediatamente
executada
O programa em L1 não é descartado
Durante a execução, a máquina é
controlada pelo interpretador
Interpretador: programa em L0 que realiza
a interpretação
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Introdução e conceitos básicos
Computador como máquina de vários níveis
Level 0
Level 1
Level 2
Level 3
Level n
Programs in L0 can be
directly executed by
the electronic circuits
Programs in L2 are
either interpreted by
interpreters running
on M1 or M0, or are
translated to L1 or L0
Programs in Ln are
either interpreted by
interpreter running
on a lower machine, or
are translated to the
machine language of a
lower machine
Programs in L1 are
either interpreted by
an interpreter running on
M0, or are translated to L0
Virtual machine Mn, with
machine language Ln
Virtual machine M3, with
machine language L3
Virtual machine M2, with
machine language L2
Virtual machine M1, with
machine language L1
Actual computer M0, with
machine language L0
…
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Introdução e conceitos básicos
Computador de seis níveis
Level 1
Level 2
Level 3
Level 4
Level 5
Level 0
Problem-oriented language level
Translation (compiler)
Assembly language level
Translation (assembler)
Operating system machine level
Microarchitecture level
Partial interpretation (operating system)
Instruction set architecture level
Hardware
Digital logic level
Interpretation (microprogram) or direct execution
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Introdução e conceitos básicos
Do nível 4 para cima:
Programadores de aplicação (problemas a
resolver)
Linguagem: palavras, abreviações
Abaixo do nível 4:
Programadores de sistema (projeto de
máquinas virtuais para suportar os níveis
superiores)
Linguagem: numérica
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Introdução e conceitos básicos
Arquitetura: conjunto de tipos de dados,
operações e características de um dado nível
(aspectos visíveis ao programador);
Organização: relacionamentos estruturais
(não vistos pelo programador), tais como
freqüência de clock, tecnologia da memória,
etc.
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Introdução e conceitos básicos
Nível da Lógica Digital
A B C
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
M
0
0
0
1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0
1
1
1
(a) (b)
ABC
A
A
B
C
B C A
A
B C
ABC
ABC
ABC
M
1
4
8
5
6
7
B
2
C
3
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Introdução e conceitos básicos
Nível da Microprogramação
H
Shifter controlShifter
ALU
2
N
A B
B busC bus
6
ALU control
Control signals
Memory
control
registers
Enable onto B bus
Write C bus to register
To
and
from
main
memory
Z
SP
LV
CPP
TOS
OPC
PC
MDR
MAR
MBR
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Introdução e conceitos básicos
Nível da Arquitetura do Conjunto de
Instruções
Software
Hardware
Hardware
C program
ISA level
ISA program executed
by microprogram or hardware
FORTRAN 90
program
FORTRAN 90
program compiled
to ISA program
C program
compiled
to ISA program
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Introdução e conceitos básicos
Nível do Sistema Operacional
Automatizar o trabalho do operador
Compilar e executar programas
Gerenciar arquivos
Gerenciar memória
Level 1
Level 2
Level 3 Operating system machine level
Microarchitecture level
Operating system
Instruction set architecture level
Microprogram or hardware
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Introdução e conceitos básicos
Nível da Linguagem de Montagem
Nomes simbólicos para as instruções ISA
(facilitar o uso)
Montagem pura: relação 1 para 1 entre
instruções desse nível com o nível ISA
Nomes simbólicos para posições de
memória
Acesso a todas as instruções e
características disponíveis da
máquina-alvo (o que não ocorre nos níveis
superiores)
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Introdução e conceitos básicos
Máquina de Von Neumann
Definição de unidades com funções
específicas
Programa armazenado em memória
Memory
Control
unit
Arithmetic
 logic unit
Accumulator
Output
Input
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Introdução e conceitos básicos
Lei de Moore (1965, por Gordon Moore)
A cada 18 meses, a capacidade de
integração dobra
100000000
10000000
1000000
100000
10000
1000
100
10
1
T
r
a
n
s
i
s
t
o
r
s
1965 1970 1975 1980 1985
64M
16M
4M
1M
256K
64K
16K
1K
4K
1990 1995
10M
1M
100K
10K
1K
100
10
1
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998
Pentium
Moore's law
4004
8008
8080
8086
8088
80286
80386
80486
Pentium
Pro
Pentium
II
T
r
a
n
s
i
s
t
o
r
s
Year of introduction
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Introdução e conceitos básicos
Variedade de sistemas computacionais:
Sistemas muito simples: chips em cartões
de aniversário
Sistemas embarcados
Processadores de propósito específico
(DSPs, microcontroladores...)
Processadores de propósito geral
(Pentium...)
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Introdução e conceitos básicos
Pentium II
Data: Março/1997
Fabricante: Intel
Clock: 233 a 400 MHz
Número de transistores: 7,5 M
Pentium Pro com extensões para
multimídia
Compatibilidade com as versões
anteriores (até o 8086)
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Introdução e conceitos básicos
UltraSPARC II
Meados da década de 90
Projeto: Sun Microsystems
Fabricantes licenciados
Arquitetura de 64 bits
Desde o início: aplicações multimídia
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Introdução e conceitos básicos
picoJava II
Projeto: Sun Microsystems
Objetivo: executar binários baixados na
rede com segurança
JVM - Java Virtual Machine
Multiplataforma
Memóriacom palavras de 64 bits
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	T'opicos
	Apresentac c~ao do curso
	Apresentac c~ao do curso
	Apresentac c~ao do curso
	Apresentac c~ao do curso
	Apresentac c~ao do curso
	Introdução e conceitos básicos
	Introdução e conceitos básicos
	Introdução e conceitos básicos
	Introdução e conceitos básicos
	Introdução e conceitos básicos
	Introdução e conceitos básicos
	Introdução e conceitos básicos
	Introdução e conceitos básicos
	Introdução e conceitos básicos
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	Introdução e conceitos básicos
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