ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE COMPUTADORES I

AULA 01: APRESENTAÇÃO

Prof. Max Santana Rolemberg Farias max.santana@univasf.edu.br

Colegiado de Engenharia de Computação

QUAIS OS OBJETIVOS DESSA DISCIPLINA?

• Apresentar um breve histórico da evolução dos sistemas computacionais;

• Apresentar os paradigmas organizacionais que determinam a capacidade e o desempenho dos sistemas computacionais;

• Apresentar todos os subsistemas de um sistema computacional;

OBJETIVOS

O QUE É UM COMPUTADOR?

• É um dispositivo capaz de executar e cálculos e tomar decisões lógicas em velocidade milhões e até bilhões de vezes mais rápidas do que qualquer ser humano.

– A finalidade do computador é receber, manipular e armazenar dados (Realizar a tarefa de processamento de dados).

COMPUTADOR

Dados iniciais

Manipulação dos dados

Resultado da manipulação

Armazenamento do dados

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QUAIS AS FUNÇÕES DE UM COMPUTADOR?

• Processamento de dados – Um computador deve ser capaz de processar dados.

• Armazenamento de dados – É essencial que um computador seja capaz de armazenar dados.

• Movimentação/Transferência de dados – Um computador deve ser capaz de transferir dados.

• Controle – Deve existir um controle das três funções básicas

(processamento, armazenamento e movimentação de dados)

FUNÇÕES DO COMPUTADOR

FUNÇÕES DO COMPUTADOR

Transferência de dados

Mecanismo de controle

Armazenar dados

Processar dados

VOCÊ SABE DO QUE É COMPOSTO UM COMPUTADOR?

• Modelo para todos os computadores de propósito geral.

• Consiste de:

– Memória principal: Para armazena dados e instruções.

– Unidade lógica e aritmética: Para realiza operações com dados.

– Unidade de controle: Serve para interpretar e executar as instruções armazenadas na memória.

– Dispositivo de entrada e saída: Tem a função de transferir dados entre o computador e o meio externo

MODELO DE VON NEUMANN

MODELO DE VON NEUMANN

Unidade lógica e aritmética

Unidade de controle

Equipamento de entrada e

saída

Memória principal

• Os principais componentes que permitem a viabilização das funcionalidades de um computador são:

– Central de processamento (CPU): Tem a responsabilidade de controlar as operações do computador e realizar as funções de processamento.

– Memórias: Compreende todos os meios de armazenamento para os programas e para os dados dos programas.

– Dispositivos de entrada e saída (E/S): Tem a função de transferência de dados.

– Rede de Interconexão: É composto pelos mecanismos de comunicação entra a CPU, memória e dispositivos de E/S.

COMPONENTES DE UM COMPUTADOR

COMPONENTES DE UM COMPUTADOR

Rede de interconexão (Barramento)

Dispositivos de Entrada e Saída

Armazenamento Secundário

CPU

Memória Principal

• A CPU pode ser considerado o cérebro do computador.

– Responsável pela execução de todas as tarefas e pelo processamento de dados.

– Todas as operações aritméticas e lógicas de um programa são executadas na CPU.

• Uma CPU pode ser composta por um ou vários processadores (multicores).

COMPUTADOR: CPU

• Os processadores possuem vários componentes internos: – Unidade de controle: Controla cada operação da CPU. Ela é

responsável por decodificar as instruções presentes no programa em execução emitindo sinais de controle para as demais partes do computador.

– Unidade lógica e aritmética (ULA): É responsável por executar as operações aritmética e lógicas do programa.

– Registradores: São espaço de armazenamento interno para a CPU (são memórias de acesso ultra-rápido).

– Rede de interconexão da CPU: Possibilita a comunicação entre a unidade de controle, a ULA e os registradores.

COMPUTADOR: CPU

COMPUTADOR: CPU

Registradores

Unidade de controle

ULA

CPU

COMPUTADOR: MEMÓRIAS

• Memória principal – Dispositivo que permite

armazenamento de dados e instruções.

– Também chamada de memória RAM.

• Memória secundária – Memória para

armazenamento de longa duração de dados e programas

DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA

• Dispositivos de entrada – São dispositivos que

fornecem dados para execução de um programa.

– Permite a interação usuário-máquina

• Dispositivos de saída – São dispositivos que

exibem dados e informações processadas pelo sistema computacional

COMPUTADOR

Registradores

Unidade de controle

ULA

CPU

Rede de interconexão

Dispositivos de entrada e saída

Memórias

VOCÊ SABE O QUE VEM A SER E COMO É CONSTITUIDO A ARQUITETURA DE UM

COMPUTADOR?

• Refere-se aos atributos dos sistemas computacionais que são visíveis para o programador.

– Esses atributos têm impacto direto sobre a lógica de construção e execução dos programas.

• São aspectos da arquitetura de computadores:

– Conjunto de instruções de uma máquina;

– O número de bits do processador;

– Os mecanismos associados aos periféricos;

– As técnicas de endereçamento da memória.

ARQUITETURA DE COMPUTADORES

E O QUE VEM A SER A ORGANIZAÇÃO DOS SISTEMAS COMPUTACIONAIS?

• Refere-se ao estudo dos aspectos não visíveis ao programador.

– As unidades operacionais e suas interconexões que implementam as especificações da sua arquitetura.

• São considerados aspectos da organização dos computadores:

– Os sinais de controle;

– A interface computador/periféricos;

– A tecnologia de memória utilizada;

ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES

QUAL A RELAÇÃO ENTRE ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES?

• Muitos fabricantes oferecem uma família de modelos de computadores com a mesma arquitetura, mas com diferenças na organização, características de desempenho e preços.

– O cliente pode migrar para modelos da mesma família (mesma arquitetura) sem precisar trocar o software.

– Mantem a compatibilidade de código.

– Preserva o investimento em software.

ARQUITETURA X ORGANIZAÇÃO

EXEMPLOS DE ARQUITETURA COM VÁRIAS ORGANIZAÇÕES

• Um exemplo de computador com várias organizações é o IBM 360.

– Uma arquitetura com grande número de modelos.

– A IBM introduzia novos modelos do 360, mantendo a mesma arquitetura.

– Um cliente poderia comprar um modelo

inferior e, poderia migrar para um outro

modelo superior.

IBM360

SABEM DE OUTRO EXEMPLO?

• Já percebeu que os computadores pessoais mantem uma certa compatibilidade entre as diversas gerações?

– Esta compatibilidade se deve ao fato de todos adotarem a arquitetura INTEL x86.

– Por isso programas antigos ainda podem ser executados sem muitos transtornos nos computadores pessoais de hoje.

ARQUITETURA DOS COMPUTADORES PESSOAIS

POR QUE APRENDER CONCEITOS DE ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE

COMPUTADORES?

• Desempenho é um importante fator de qualidade para tornar os softwares competitivos.

• Desenvolver SW com bom desempenho requer o entendimento de como um computador funciona: – Componentes de um computador

– Como os componentes interagem entre si

– Como o software interagem com os componentes

• Projetistas de SW devem desenvolver aplicações que maximizam o uso eficiente do HW.

IMPORTÂNCIA DA ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES

APRENDER COMO FUNCIONA UM SISTEMA COMPUTACIONAL

• Como um programa escrito em uma linguagem de alto nível é entendido e executado pelo HW?

• Qual é a interface entre SW e HW e como o SW instrui o HW a executar o que foi planejado?

• O que determina o desempenho de um programa e como ele pode ser melhorado?

• Que técnica um projetista de HW pode utilizar para melhorar o desempenho?

PERGUNTAS QUE DEVEM SER RESPONDIDAS AO FINAL DO CURSO