Maquina Multinivel

InfraInfra- Estrutura de Hardware

Mquinas Multinveis

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Infra-estrutura Infra-estrutura de Hardware

Sumrio Conceitos bsicos Classificao de arquiteturas Mquinas multinvel Tendncias da tecnologia Famlia Pentium Concluso

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Conceitos bsicos Arquitetura do computador O projetista de hardware preocupa-se com circuitos, componentes, temporizao e facilidade de soluo de erros. O arquiteto de computador preocupa-se com os componentes de alto nvel, como eles se conectam, como eles trabalham de forma integrada para garantir performance



Conceitos bsicos Arquitetura do computador Viso tradicional: identificar os atributos de um tradicional sistema de computao na viso do programador, isto , a estrutura conceitual e o comportamento funcional, em oposio implementao fsica. Viso atual: entender as tcnicas de projeto, estrutura atual das mquinas, fatores tecnolgicos e mtodos de avaliao que iro determinar a estrutura dos computadores no sculo 21Arquitetura = Organizao da mquina + Conjunto de instrues



Conceitos bsicos Comunicao com o computadorPrograma em linguagem de alto nvelCompiladortemp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = tempo; hv $15, hv $16, anv $16, anv $15, 0($2) 4($2) 0($2) 4($2)

Programa em linguagem AssemblyAssembler

Programa em linguagem de mquina

1000 1100 0110 0010 0000 0000 0000 0000 1000 1100 1111 0010 0000 0000 0000 0100 1010 1100 1111 0010 0000 0000 0000 0000 1010 1100 0110 0010 0000 0000 0000 0100

Interpretao pela mquina

Conjunto de sinais de controle

ALUOP[0:3] InstReg[9:11] & MASK



Conceitos bsicos Conjunto de instrues Parte da arquitetura que visvel para o programador: Cdigos de operao das instrues disponveis Quantidades e tipos dos registradores Formatos das instrues Acesso memria e modos de endereamento



Conceitos bsicos Conjunto de instrues

Aplicaes Sistema Operacional Compilador Microprograma Sistema I/O

Projeto da lgica digital Projeto de circuitosProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br


Conceitos bsicos Arquiteturas de alto desempenhonfase nos mdulos e estruturas que permitem agilizar a velocidade de processamento Exemplos: Processadores RISC Pipelines Memria cache Multiprocessadores



Classificao de arquiteturasClassificao bsica Mquinas von NeumannTrs subsistemas bsicos: CPU com trs blocos principais: unidade de controle, unidade lgico-aritmtica (ALU) e registradores, incluindose a um registrador contador de programa (PC) Memria principal Sistema de E/S

Mquinas von Neumann Mquinas no-von Neumann

Programa armazenado representado em forma digital na memria do computador, juntamente com os dados Execuo seqencial de instrues Caminho nico entre memria e unidade de controle Prof. Edilberto Silva www.edilms.eti.br


Classificao de arquiteturas Mquinas von NeumannMemria Principalendereo dados/instrues

CPURegistradores ULA

PC Unidade de Controle

Sistema de E/S



Classificao de arquiteturas Mquinas von NeumannOperao: a execuo de um programa uma seqncia de ciclos de mquina von Neumann, compostos por: Busca da instruo (fetch): transfere instruo da posio de memria apontada por PC para a CPU; Execuo da instruo: a unidade de controle decodifica a instruo e gerencia os passos para sua execuo pela ALU.



Classificao de arquiteturas Mquinas no-von NeumannMquinas paralelas: vrias unidades de processamentoexecutando programas de forma cooperativa, com controle centralizado (mquinas SIMD) ou no (mquinas MIMD)

Mquinas de fluxo de dados: no executam instrues deum programa; realizam operaes de acordo com a disponibilidade dos dados envolvidos

Redes neurais artificiais: no executam instrues de umprograma; resultados so gerados a partir de respostas a estmulos

Processadores sistlicos (VLSI): processamento ocorrepela passagem de dados por arranjo de clulas de processamento executando operaes bsicasProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br


Classificao de FlynnSD (Single Data) SI (Single Instruction)SISD Mquinas de von Neumann convencionais

MD (Multiple Data) SIMDMquinas Array (CM-2, MasPar)

MISD MI (Multiple Instruction)Sem representante (at agora)

MIMDMultiprocessadores e Multicomputadores (nCUBE, Intel Paragon, Cray T3D)



Classificao de FlynnSD (Single Data) SISD SI (Single Instruction) MD (Multiple Data) SIMD

MISD MI (Multiple Instruction)

MIMD



Multiprocessadores Todos os processadores P acessam, atravs deuma rede de interconexo, uma memria compartilhada M; Possui apenas um espao de endereamento.



Acesso uniforme a memria

UMA A memria usada nessas mquinas centralizada e encontra-se a mesma distncia de todos os processadores;



Acesso uniforme a memria

UMA Memria cache para amenizar a diferena develocidade entre processador e memria



Acesso no uniforme a Memria - NUMA A memria utilizada distribuda, implementada com vrios mdulos que so associados um a cada processador; O espao de endereamento nico, e cada processador pode acessar toda a memria do sistema.



Mquinas multinvelComplexa Nvel n Mquina virtual Mn, com linguagem de mquina Ln Mquina virtual M4, com linguagem de mquina L4 Mquina virtual M3, com linguagem de mquina L3 Mquina virtual M2, com linguagem de mquina L2Os programas em L3 ou so interpretados por um interpretador em execuo em M2, ou so traduzidos para L2 Os programas em Ln ou so interpretados por um interpretador em execuo em uma mquina de nvel inferior, ou so traduzidos para a linguagem de mquina de uma mquina de nvel inferior

Nvel 4 Linguagem

Nvel 3

Nvel 2 Simples

Os programas em L2 ou so interpretados por um interpretador em execuo em M1, ou so traduzidos para L1

Nvel 1

Computador real M1, com linguagem de mquina L1

Os programas em L1 podem ser executados diretamente pelos circuitos eletrnicosProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br


Mquinas multinvelLinguagens, nveis e mquinas virtuaisUm computador com n nveis pode ser considerado como n diferentes mquinas virtuais, cada uma delas com uma diferente linguagem de mquina Os termos nvel e mquina virtual podem ser utilizados indistintamente Para escrever programas para a mquina virtual de nvel n no h necessidade de conhecer os interpretadores e tradutores subjacentes A estrutura da mquina assegura que estes programas sero de algum modo executadosProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br


Mquinas multinvelNvel 5 Linguagem orientada para problemasTraduo (compilador)

Linguagens,Nvel 4

Linguagem de montagemTraduo (montador)

nveis e mquinas virtuaisNvel 3 Nvel 2 Nvel 1 Nvel 0

Sistema operacionalInterpretao parcial (sistema operacional)

Mquina convencionalInterpretao (microprograma)

Mquina de microprogramao Lgica digitalProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br

Os microprogramas so executados diretamente pelo hardware


Mquinas multinvelMquinas multinvel contemporneasAs mquinas com controle programado no hardware no possuem o nvel 1, pois as instrues do nvel de mquina convencional so executadas diretamente pelos circuitos eletrnicos do nvel 0 Os nveis 6 e superiores consistem em colees de programas projetados para criar mquinas especialmente adequadas para aplicaes especficasProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br


Mquinas multinvelHardware, software e mquinas multinvelO hardware composto de objetos tangveis - circuitos integrados, placas de circuito impresso, cabos, fontes de alimentao, memrias, leitoras de cartes, impressoras e terminais - em lugar de idias abstratas, algoritmos ou instrues O software consiste em algoritmos (instrues detalhadas que dizem como fazer algo) e suas representaes para o computador - ou seja, os programas podem estar representados em cartes perfurados, fita magntica, filme fotogrfico e outros meiosProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br


Mquinas multinvelHardware, software e mquinas multinvel Qualquer operao efetuada pelo software pode tambm ser implementada diretamente em hardware, e qualquer instruo executada pelo hardware pode tambm ser simulada pelo software A deciso de se colocar certas funes em hardware e outras em software baseia-se em:

Custo Velocidade Confiabilidade Freqncia esperada de alteraesProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br


Mquinas multinvelHardware, software e mquinas multinvel No h regras rgidas e diretas para se dizer que X deve ser implementado em hardware e Y deve ser programado explicitamente Projetistas com objetivos diferentes podem, e muitas vezes o fazem, tomar diferentes decises



Mquinas multinvelHardware, software e mquinas multinvel Uma forma intermediria entre o hardware e o software o firmware, que consiste do software embutido em dispositivos eletrnicos durante a fabricao Utilizao do firmware:

Quando se espera que os programas raramente ou nunca sero mudados (brinquedos ou instrumentos) Quando os programas no podem ser perdidos ao se acabar a alimentao (quando a bateria da boneca se descarrega) Em muitos computadores, o microprograma est em firmwareProf. Edilberto Silva www.edilms.eti.br

FIM


Perguntas ....Prof. Edilberto Silva www.edilms.eti.br

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