computador

ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE
COMPUTADORES I
AULA 01: APRESENTAÇÃO
Prof. Max Santana Rolemberg Farias
[email protected]
Colegiado de Engenharia de Computação
QUAIS OS OBJETIVOS DESSA DISCIPLINA?
OBJETIVOS
• 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;
O QUE É UM COMPUTADOR?
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).
Dados
iniciais
1
Manipulação
dos dados
2
Armazenamento
do dados
3
Resultado da
manipulação
QUAIS AS FUNÇÕES DE UM COMPUTADOR?
FUNÇÕES DO 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
Armazenar
dados
Transferência
de dados
Mecanismo
de controle
Processar
dados
VOCÊ SABE DO QUE É COMPOSTO UM
COMPUTADOR?
MODELO DE VON NEUMANN
• 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
Unidade lógica e
aritmética
Equipamento
de entrada e
saída
Memória
principal
Unidade de
controle
COMPONENTES DE UM
COMPUTADOR
• 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
Memória Principal
CPU
Rede de interconexão
(Barramento)
Armazenamento
Secundário
Dispositivos de
Entrada e Saída
COMPUTADOR: CPU
• 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
CPU
Registradores
Unidade de
controle
ULA
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
CPU
Registradores
Unidade de
controle
ULA
Memórias
Rede de
interconexão
Dispositivos de
entrada e saída
VOCÊ SABE O QUE VEM A SER E COMO É
CONSTITUIDO A ARQUITETURA DE UM
COMPUTADOR?
ARQUITETURA DE COMPUTADORES
• 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.
E O QUE VEM A SER A ORGANIZAÇÃO DOS
SISTEMAS COMPUTACIONAIS?
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
• Refere-se ao estudo dos aspectos não visíveis ao
programador.
– As unidades operacionais e suas interconexões
implementam as especificações da sua arquitetura.
• São considerados
computadores:
aspectos
– Os sinais de controle;
– A interface computador/periféricos;
– A tecnologia de memória utilizada;
da
organização
que
dos
QUAL A RELAÇÃO ENTRE ARQUITETURA E
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES?
ARQUITETURA X ORGANIZAÇÃO
• 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.
EXEMPLOS DE ARQUITETURA COM VÁRIAS
ORGANIZAÇÕES
IBM360
• 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.
SABEM DE OUTRO EXEMPLO?
ARQUITETURA DOS COMPUTADORES
PESSOAIS
• 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.
POR QUE APRENDER CONCEITOS DE
ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE
COMPUTADORES?
IMPORTÂNCIA DA 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.
APRENDER COMO FUNCIONA UM SISTEMA
COMPUTACIONAL
PERGUNTAS QUE DEVEM SER
RESPONDIDAS AO FINAL DO CURSO
• 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?