01_FAC
91 pág.

01_FAC


DisciplinaArquitetura de Computadores4.587 materiais34.923 seguidores
Pré-visualização5 páginas
Fundamentos de Arquitetura de 
Computadores
Fundamentos de Arquitetura de 
Computadores
Prof. Marcos Quinet
Universidade Federal Fluminense \u2013 UFF
Pólo Universitário de Rio das Ostras - PURO
MotivaçãoMotivação
\ufffd Através do estudo da estrutura funcional e
organizacional de um sistema computacional, o
aluno será capaz de identificar os componentes que o
compõe, a função de cada um deles, e a interação
com os demais componentes do sistemacom os demais componentes do sistema
\ufffd Todas as áreas da Ciência da Computação baseiam-
se no processamento de informações, que são
realizados através de operações básicas,
extremamente simples, que serão estudadas no
decorrer da disciplina
2
Objetivo do CursoObjetivo do Curso
\ufffd Toda a base da Ciência da Computação está na
compreensão do funcionamento básico de um
computador, que é realizado através de operações
extremamente simples, mas que são utilizadas na
implementação de poderosos e complexos sistemasimplementação de poderosos e complexos sistemas
computacionais
\ufffd Nos capítulos seguintes veremos como funciona e
qual o propósito dos elementos que, operando em
conjunto, definem o que chamamos de computador
3
BibliografiaBibliografia
\ufffd Introdução à Organização de Computadores \u2013 Mário A.
Monteiro; ed. LTC
\ufffd Introdução à Ciência da Computação \u2013 Guimarães/Lages; ed.
LTC
\ufffd Arquitetura e Organização de Computadores \u2013 Willian Stallings;\ufffd Arquitetura e Organização de Computadores \u2013 Willian Stallings;
ed. Prentice Hall
\ufffd Organização Estruturada de Computadores \u2013 Andrew S.
Tanenbaum; ed. LTC
\ufffd Fundamentos de Arquitetura de Computadores \u2013 Raul
Fernandes Weber; ed. Sagra Luzzatto
\ufffd Arquitetura de Computadores Pessoais \u2013 Raul Fernandes
Weber; ed. Sagra Luzzatto
4
IntroduçãoIntrodução
\ufffd A arquitetura de um sistema computacional
estabelece o modelo da organização e
funcionamento de um sistema de processamento,
com todas suas partes, divididas em seções,
interagindo entre siinteragindo entre si
\ufffd Os componentes e suas relações são representados
através de sistemas hierárquicos, o que mostra-se
ideal para o estudo de conjuntos complexos e que
atuam em diferentes níveis; separados por suas
características, estudaremos o funcionamento de
cada um destes componentes
5
Introdução Introdução \u2013\u2013 Componentes Componentes 
BásicosBásicos
Unidade Central 
de 
Processamento
Memória 
Principal
Interface de E/S
Disco
Vídeo
Rede
Etc.
Sistema de Interconexão
6
Componentes BásicosComponentes Básicos
\ufffd Todo sistema de computação é constituído,
pelo menos, dos seguintes componentes:
\u25e6 Um módulo que realize as operações necessárias, a
unidade central de processamento;
\u25e6 Uma área de trabalho para o armazenamento das\u25e6 Uma área de trabalho para o armazenamento das
informações que serão processadas, a memória principal;
\u25e6 Dispositivos para o recebimento de informações e
retorno/armazenamento dos resultados, os dispositivos de
entrada e saída de dados;
\u25e6 E finalmente, um meio através do qual os dispositivos
possam se comunicar e transmitir dados, os barramentos
de comunicação.
7
AbstraçõesAbstrações
\ufffd Tanto o hardware quanto o software são
constituídos de níveis hierárquicos, o nível mais
alto esconde os detalhes dos mais baixos
\ufffd Utilização dessas camadas\ufffd abstrações
A Interface entre os dois níveis de abstração,\ufffd A Interface entre os dois níveis de abstração,
hardware e software básico caracteriza a
arquitetura do conjunto de instruções da
máquina
\ufffd Interface abstrata permite que várias
implementações executem o mesmo software
8
AbstraçõesAbstrações
\ufffd Um exemplo de abstração cotidiano e presente na
vida de grande parte das pessoas é a TV. Todos
sabem como utilizá-la, mas como ela funciona?
Como as informações são transmitidas? Como é seu
funcionamento, do ponto de vista eletrônico? A
maioria das pessoas que utilizam uma TV a operam
em um nível de abstração muito altoem um nível de abstração muito alto
\ufffd Hoje, o mesmo acontece com os computadores.
Internet, editores de texto, jogos, etc., são recursos
que muito usuários dominam, mas sem fazer idéia do
que existe e o que está acontecendo dentro da torre
ou gabinete de seu computador. Este conhecimento é
o que diferencia o especialista em informática do
usuário comum
9
SubsistemasSubsistemas
\ufffd Ao estudarmos qualquer assunto complexo e/ou com
grande riqueza de detalhes, a estratégia mais natural
para facilitar o processo de aprendizado é subdividir o
tema principal em partes menores, e então,
preocupar-se somente com uma porção por vezpreocupar-se somente com uma porção por vez
\ufffd Após estudadas todas as partes, o passo final é
enxergar como estas se encaixam, tratando agora o
objeto de estudo como um todo e abstraindo, se
possível, os detalhes mais específicos de cada uma
das partes
10
Exemplo de SubsistemaExemplo de Subsistema
Abaixo, um exemplo (ainda bastante simplificado) de 
alguns componentes presentes na Unidade Central de 
Processamento (UCP ou CPU):
Registradores Unidade Lógica e Aritmética
Rn
...
R1
R0
Unidade de 
Controle
Barramento Interno
11
História dos sistemas computacionaisHistória dos sistemas computacionais
\ufffd Ao estudar a história da computação, nossa meta
não deve ser somente situar historicamente o
momento de criação destas \u201cmáquinas de calcular\u201d e
observar a linha evolutiva que trilharam (além de ser
extremamente interessante observar os avançosextremamente interessante observar os avanços
tecnológicos colossais em curtíssimos períodos de
tempo)
\ufffd O mais importante é condicionar a mente a
desenvolver IDÉIAS!!! Devemos aprender a pensar,
a criar recursos para atender nossas necessidades e
contribuir, melhorando o que já existe
12
Geração 0 1ª Geração 
16421642 19451945 1955 19651965 19801980 19901990
4ª Geração 5ª Geração
HistóricoHistórico
Geração 0
Mecânicos
1ª Geração 
Válvulas
2ª Geração
Transistores
4ª Geração
VLSIs
3ª Geração
Circuitos
Integrados
5ª Geração
ULSIs
13
Geração 0 Geração 0 -- MecânicosMecânicos
\ufffd Máquina de calcular de Pascal (1642)
\u25e6 permitia apenas adição e subtração
\u25e6 uso de engrenagens e funcionava manualmente com 
manivela
\ufffd Leibniz (~1672) \ufffd multiplicação e divisão
\u25e6 Evolução da máquina de Pascal, com pequenas melhorias e \u25e6 Evolução da máquina de Pascal, com pequenas melhorias e 
novos recursos, sendo mais rápida
\ufffd Babbage (~1822) \ufffd Máquina de Diferenças
\u25e6 cálculo de tabelas de números úteis à navegação naval
\u25e6 executava apenas um algoritmo e permitia só adição e 
subtração
\u25e6 método de saída: perfuração dos resultados em uma placa 
de cobre com um buril de aço
14
Exemplo de uma máquina de Exemplo de uma máquina de 
cálculocálculo
15
Máquina de Cálculo de PascalMáquina de Cálculo de Pascal
16
Máquina de Diferenças, de Máquina de Diferenças, de 
Charles Babbage (1822)Charles Babbage (1822)
17
Geração 0 Geração 0 -- MecânicosMecânicos
\ufffd Babbage (~1834)\ufffd Máquina Analítica
\u25e6 avanço: máquina de uso geral
\u25e6 ainda era inteiramente mecânica (rodas dentadas e
engrenagens)
\u25e6 4 componentes:\u25e6 4 componentes:
\ufffd armazenamento (memória);
\ufffd engenho (unidade de cálculo);
\ufffd seção de entrada (leitora de cartões perfurados);
\ufffd seção de saída (saída perfurada e impressa).
\u25e6 tecnologia de hardware da época\ufffd imprecisa
18
Geração 0 Geração 0 -- MecânicosMecânicos
\ufffd Projeto de calculadoras automáticas
\u25e6 uso de relés eletromagnéticos.
\ufffd Aiken (1944, Harvard)
\u25e6 Mark I \ufffd computador de uso geral construído com
relés.
\ufffd 72 palavras de 23 dígitos decimais;\ufffd 72 palavras de 23 dígitos decimais;
\ufffd Baseado nos trabalhos de Babbage;
\u25e6 Mark II \ufffd Não saiu do projeto, pois a tecnologia de
relés tornou-se obsoleta em pouco tempo, finalizando a
geração dos dispositivos mecânicos, dando lugar ao
início da era eletrônica.
\u25e6 Partes mecânicas \ufffd baixa velocidade de
processamento e pouca confiabilidade.
19
1ª Geração 1ª Geração -- VálvulasVálvulas
\ufffd ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer)
\u25e6 Primeiro computador digital de propósito geral (1946)
\u25e6 Criado inicialmente para a realização de cálculos balísticos