arquitetura de computadores

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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