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ARQUITETURA DE COMPUTADORES
Aula 02: Conceitos Básicos
Prof. Benito Piropo Da-Rin
Conceitos Básicos
• Conceitos fundamentais: dado, informação e processamento de dados
• Conceitos de algoritmo, algoritmo ótimo, hardware. Software e firmware.
• Arquitetura von Neumann.
• Unidade de representação de dados: bit e byte;
• Unidades de grandeza: KB, MB, GB, TB e outras.
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Arquitetura, Organização, Hardware • Arquitetura: Tem a ver com os atributos do sistema
visíveis ao programador, os que influenciam a execução lógica do programa (exemplo: conjunto de instruções);
• Organização: Tem a ver com a forma pela qual as unidades operacionais se interligam para cumprir aquilo que é exigido pela arquitetura.
• O computador terá uma instrução “multiplique”? -> Arquitetura.
• Ela será implementada por um circuito multiplicador ou por um conjunto de somas sucessivas? -> Organização.
• Hardware: Conjunto de componentes físicos;
• Software: Conjunto de componentes lógicos.
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Disciplina:
• Arquitetura de Computadores…
• Organização de Computadores…
• Arquitetura Digital…
• Hardware de Computadores...
Melhor:
“Como funciona o computador”.
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O que faz um computador?
• Escreve
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O que faz um computador?
• Escreve
• Toca música…
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O que faz um computador?
• Escreve
• Toca música…
• Mostra fotos e desenhos…
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O que faz um computador?
• Escreve
• Toca música…
• Mostra fotos e desenhos…
• “Passa” filmes…
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O que faz um computador?
• Escreve
• Toca música…
• Mostra fotos e desenhos…
• “Passa” filmes…
• “Navega” na Internet…
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O que faz um computador?
• Escreve
• Toca música…
• Mostra fotos e desenhos…
• “Passa” filmes…
• “Navega” na Internet…
• …e mais um mundo de coisas (planilhas, “bate-papo”…)
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ou, resumindo…
• Processa dados…
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Porém, o que são “dados”?
• Dados são a “matéria prima” de que é feita a “informação”.
– Relação com o nome e idade de cada aluno da sala -> conjunto de dados.
– Quociente da soma das idades pelo número de alunos (idade média dos alunos) -> Informação (tomada de decisão)
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e “processar”?
• “ Processar” significa “ transformar”, “submeter a um processo”.
Entram Dados…
… saem Informações
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Quem (ou o que) processa?
Quem (ou o que) processa?
• E/S: Dispositivos de Entrada/Saída
• MP: Memória Principal
• UCP: Unidade Central de Processamento
• Barramento
Ações básicas do processamento
• Controlar (as três ações seguintes);
• Mover dados (de e para) a UCP:
– “Sinais” ou pulsos de corrente elétrica.
• Armazenar (resultados intermediários e finais):
– “Células de memória” (circuito eletrônico seqüencial).
• Processar (transformar através de operações elementares aritméticas e lógicas):
– “Portas lógicas” (circuito eletrônico combinatório).
…portanto:
• Todo computador nada mais é que um conjunto de portas lógicas (feitas de transistores) e células de memória (também feitas de transistores) interligados por condutores elétricos.
• Como pode?
• Para entender, precisamos relembrar alguns conhecimentos de matemática e lógica...
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Algoritmo:
• Um algoritmo é uma sequência finita de procedimentos bem definidos e não ambíguos, cada um dos quais pode ser executado num período de tempo finito e com uma quantidade de esforço finita.
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Exemplo de algoritmo simples
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Algoritmo ótimo:
• O Limite inferior g de um problema P é uma função tal que a complexidade (no pior caso), de qualquer algoritmo que resolva o problema P está limitada inferiormente, assintoticamente, pela função g.
• Denota-se por Omega(g) a classe de funções limitadas inferiormente por g.
• Qualquer algoritmo com complexidade O(g) é chamado de ótimo (sempre em relação a algum problema P). Note que o algoritmo ótimo está limitado superiormente e inferiormente por g.
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“No popular”:
• Um algoritmo é dito ótimo em relação a um problema quando apresenta a menor complexidade dentre todos os possíveis algoritmos que resolvem o referido problema.
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Programa de computador:
• um conjunto de instruções encadeadas executadas em uma dada seqüência para atingir um objetivo determinado.
Logo:
Um programa de computador não passa da aplicação de um algoritmo que “informa” ao computador os passos específicos para atingir o objetivo e a ordem em que devem ser executados.
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O sistema binário e o computador
• Sistema binário usa apenas dois algarismos, zero e um.
• Computador é constituído de circuitos eletrônicos e elétricos que trabalham com grandezas que, na maioria das vezes, assumem dois estados mutuamente exclusivos: – Lâmpadas/LEDs: acesos ou apagados;
– Capacitores: carregados ou descarregados;
– Interruptores: abertos ou fechados;
– Circuitos: energizados ou não energizados;
• Portanto: um estado pode representar “zero”, outro “um” (além do que pode-se estabelecer limiares para grandezas que variam linearmente, como tensões)
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Hardware, software, firmware. • O hardware, ou circuitaria é a parte física do computador, o conjunto
de circuitos impressos, componentes eletrônicos, circuitos integrados, placas controladoras, que se comunicam eletricamente e interagem para fazerem a máquina funcionar. Placas, componentes, dispositivos de E/S são exemplos de hardware.
• Software é o conjunto formado pelos programas ou rotinas de programação e os dados a eles correlatos que fornecem ao computador as instruções sobre o que fazer ou como fazer. Programas de computador e sistemas operacionais são exemplos de software.
• Firmware é o conjunto de programas e/ou estruturas de dados que controlam internamente diversos dispositivos como calculadoras, controles remotos, etc. Em geral o firmware vem gravado em circuitos de memória permanente (ou, modernamente, memória tipo “flash”). As rotinas do sistema básico de entrada e saída (BIOS) de computadores pessoais são um exemplo típico de firmware.
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Representação de dados:
• Dígitos binários( Binary digits ou Bits): zero / um; • Números expressos em binário: conjunto de bits; • Maior número expresso com:
– Quatro bits: 11112 = 1510
– Oito bits: 111111112 = 25510
– Dezesseis bits: 11111111111111112 = 65.53510
– Trinta e dois bits: 111111111111111111111111111111112 = 4.294.967.29610
• Padronização: adotada em 1967, atualizada em 1986: Byte: número que pode ser expresso em binário com até oito bits (256 valores variando de zero a 255)
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Por que padronizar em oito bits?
• Conseqüência de:
– A maioria dos computadores da época usavam posições de memória de oito células de um bit cada;
– Com oito bits era possível exprimir todos os caracteres usados pelo idioma inglês, a maioria dos caracteres acentuados usados pelos idiomas europeus, além de alguns símbolos gráficos e sinais de controle.
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Bytes e seus múltiplos:
• Byte = 8 bits (0 – 255 )
• Quilobyte: KB = 1.024 bytes (102410 = 100000000002 = [210]10)
• Megabyte: MB = 1.024 KB = 1.048.576 bytes
• Gigabyte: GB = 1.024 MB = 1.073.741.824 bytes
• Terabyte: TB = 1.024 GB = 1.099.511.627.776 bytes
• Petabyte: PB = 1.024 TB = 1.125.899.906.842.620 bytes
• Exabyte: EB = 1.024 PB = 1.152.921.504.606.850.000 bytes
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Aula 02: Conceitos Básicos
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