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ARQUITETURA DE COMPUTADORES Aula 02: Conceitos Básicos Prof. Benito Piropo Da-Rin

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ARQUITETURA DE COMPUTADORES

Aula 02: Conceitos Básicos

Prof. Benito Piropo Da-Rin

Page 2: ARQUITETURA DE COMPUTADORES - bpiropo.com.bre1sicos.pdf · •Ela será implementada por um circuito multiplicador ou por um conjunto de somas sucessivas? -> Organização. • Hardware:

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?

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Quem (ou o que) processa?

• E/S: Dispositivos de Entrada/Saída

• MP: Memória Principal

• UCP: Unidade Central de Processamento

• Barramento

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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).

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…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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