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Cin - CENTRODE INFORMÁTICA

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Computação L1

Sérgio CavalcanteCentro de Informática - UFPE


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Computação L1

Conceitos Básicos• História da computação• Aritmética Binária• Conceitos de Lógica


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Computação L1 Módulo 1: Hardware

• Conceitos de Arquitetura de Computadores– Como funciona uma CPU

• Básico: Unidade de Controle + Unid. Processamento

• Avançado: Pipeline e Arquiteturas Superescalares

– Memória• Tipos de memória

• Heierarquia de Memória: principal, secundária e cache

• Memória virtual

– Sistema de Entrada/Saída• Dispositivos de E/S• Barramentos

• Periféricos


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Computação L1

Módulo 2: Software • Compiladores e Interpretadores • Sistemas operacionais

– Gerenciamento de processos– Gerenciamento de memória– Gerenciamento de periféricos– Interface com o usuário


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Módulo 3: Linguagens de Programação • Tipos de dados• Operacões aritméticas• Comandos de controle


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Conceitos Básicos de Computadores


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O que é o computador?

Solução

Computador

Programa

Problema


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Como trabalhamos ?

• Na mesa mantemos os papéis que estamos usando naquele momento

• Completada uma tarefa, pomos os papéis alterados de volta no fichário.

• Após o expediente, a faxineira joga no lixo tudo que está na mesa.

Pastas

Fichário

Como trabalhamos ?• Informações que não tem uso

no momento ficam no fichário.

• A pasta sobre a mesa contém cópias das informações que precisaremos naquele dia.

Como funciona um computador?


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Fichário

Mesa

Pastas

3timing & sizeInformation

2timing & sizeInformation

1

Disco MemóriaUnidade de Controle (CPU)

Comparando com um computador

Como funciona um computador?

O fichário representa o disco rígido, com alta capacidade de armazenamento.

A pasta sobre a mesa representa a memória, de acesso rápido e fácil Mesa e usuário são a CPU OBS: Memória é volátil e disco não (faxineira)


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Qual a linguagem que o computador entende?

Níveis distintos de abstração

swap(int v[], int k){int temp: temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp;}

00000000101000010000000000011000000000001000111000011000001000011000110001100010000000000000000010001100111100100000000000000100101011001111001000000000000000001010110001100010000000000000010000000011111000000000000000001000

Linguagem C

swap: muli $2, $5, 4 add $2, $4, $2 lw $15, 0($2) lw $16, 4($2) sw $16, 0($2) sw $15, 4($2) jr $31

Linguagem Assembly

Código executável

Comunicação Homem-Máquina


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Como transformar descrições em código executável?• Diferença entre as linguagens utilizadas• Métodos:

– Compilação

– Interpretação

– Compilação-Interpretação

Comunicação Homem-Máquina


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Compilação

Programa objeto L0

Programa fonte Ln

Compilador


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Interpretação

Instrução Ln

InterpretadorInstrução

Ln-1


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Interpretação & Compilação

InterpretadorInstrução de máq.

L0Programa objeto Lint

Programa fonte Ln

Compilador


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Computador: Hardware e Software

Hardware

Sy

stems software

Applications software


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Computador: Hardware e Software

CPU Mem.

E/S(I/O)

ComputadorPeriféricos

Interconexão


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Componentes de um computador

Vídeo

Teclado

CPU

Execução dasinstruções de um

programa

CPU


programa

Memória

E/S

Buffers

ProgramasProgramas++

DadosDados


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Sistema Básico de Memória

CPU MemóriaPrincipal

MemóriaSecundária

Barramentode memória

Barramento de E/S


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Sistema Básico de Memória

Alto desempenho da CPU

CPUCache

MemóriaPrincipal

MemóriaSecundária

Barramentode memória

Barramento de E/S


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Memória

0 15

sinal

Dado

Instrução

magnitude

0 153

Opcode Endereço

4

0001 AC Mem.0010 Mem. AC0101 AC AC + Mem.


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Vídeo

Teclado

CPU


programa

CPU


programa

Memória

Programas+

Dados

E/S

Buffers


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Vídeo

Teclado

Memória

Programas+

Dados

E/S

Buffers

Reg.

ALU

EndereçoInstrução

Unid. processamento

Unid. controle

Operandotemp


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Executando um programa

Busca instruçãoBusca instrução

Executa instruçãoExecuta instrução

Busca operandoBusca operando

Decodifica instruçãoDecodifica instrução

Armazena resultadoArmazena resultado

Incrementa PCIncrementa PC


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1 9 4 0

5 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3

0 0 0 2

3 0 0

1 9 4 0

3 0 0

9 4 1

9 4 0

3 0 2

3 0 1PC (endereço da instrução)

AC (operando)

IR (código da instrução)

Registradores da CPUMemória

...


0 0 0 3


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1 9 4 0

5 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3

0 0 0 2

3 0 0

9 4 1

9 4 0

3 0 2

3 0 1


...

AC 0 0 0 3


AC 0 0 0 50 0 0 5

331616 + 2+ 21616 = 5 = 51616

1 9 4 0 IR

3 0 0 PC 3 0 13 0 1 PC

5 9 4 1 IR


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1 9 4 0

5 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3

0 0 0 2

2 9 4 1

3 0 0

9 4 1

9 4 0

3 0 2

3 0 1

AC

IR


...

0 0 0 5


0 0 0 50 0 0 5

3 0 1 PC 3 0 3 0 22 PC


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Evolução dos Computadores

GERAÇÃO ZERO - 1836 - Anos 30

• Máquinas mecânicas ou baseadas em relés– dificuldade de construção

– pouca exatidão

• 1 nível:– nível de hardware (lógica digital)

• Exemplos:– 1936 - Zuze - Z1

• Primeira máquina calculadora a relés

– 1943 - Governo Britânico - Colossus• Primeiro computador eletromecânico

HardwareHardware


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Evolução dos Computadores PRIMEIRA GERAÇÃO - Anos 40

• Válvulas com processadores– Caras, lentas, queimavam com facilidade

• ENIAC, UNIVAC

• 2 níveis:– nível convencional (binário)

– nível de hardware

• Exemplos:– 1946 - Eckert/Mauchkley - Eniac 1

– Começa a História do computador moderno

HardwareHardware

Convencional(binário)

0001010...01


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Evolução dos Computadores SEGUNDA GERAÇÃO - Anos 50

• Transistores– menores, mais baratos, rápidos, duráveis

• 3 níveis:– nível de montadores (assembly)

– nível de máquina convencional (binário)


• Exemplo:– 1952 - Von Neumann - IAS

• Modelo da maioria das máquinas atuais

HardwareHardware


Ling. AssemblyLing. Assembly

Programaaddsublw

0001010...01


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TERCEIRA GERAÇÃO - Anos 60

• Circuitos Integrados (CI`s)• 4 níveis:

– nível de montadores/compiladores

– nível de sistema operacional



• Exemplos:– 1960 - DEC - PDP 11

• Primeiro minicomputador (50 unidades vendidas)

– 1964 - IBM - 360• Primeira linha de produtos projetada como uma família

Evolução dos ComputadoresLing. Programação

de alto nível

Ling. Programaçãode alto nível

HardwareHardware



Sist. OperacionalSist. Operacional

C, Java, etc.

Memória Virtual

Entrada/Saída


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Evolução dos Computadores QUARTA GERAÇÃO - Anos 70

• Microprocessadores/ Mem. semicondutora– VLSI Very Large Scale Integration

• 5 níveis:– nível de montadores/compiladores

– nível de sistema operacional


– nível de hardware + microprogramação

• Exemplos:– 1974 - Intel - 8080

• Primeira CPU de uso geral em um chip



Hardware +Firmware

Hardware +Firmware



Sist. OperacionalSist. Operacional


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Evolução dos Computadores QUINTA GERAÇÃO - Anos 80

• Crise do Software Complexidade dos sistemas– Linguagens estruturadas de nível mais alto

– Avanço dos compiladores

– Maior eficiência do hardware

Máquinas RISC (Reduced Instruction Set Computer)• 4 níveis:

– nível de montadores/compiladores – nível de sistema operacional– nível de máquina convencional (binário)– nível de hardware

• Exemplos: RISC, MIPS, Sparc

Programaçãoem Assembler

Programaçãoem Assembler


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... Anos 90+

• Arquiteturas Superescalares• Arquiteturas VLIW• Arquiteturas Superpipeline• 4 níveis

– nível de montadores/compiladores – nível de sistema operacional– nível de máquina convencional (binário)– nível de hardware

• Exemplos:– Pentium, Alpha, Power

Evolução dos Computadores


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Geração de ComputadoresAno Nome Tama

nho Potência Desempenho

(adições por seg.)

Memória (KB)

Preço Preço/Perf. Preço reaj. Preço/perf reaj.

1951 UNIVAC1

1000 124.500 1900 48 $1.000.000 1 $4.996.7499 1

1964 IBM/360 60 10.000 500.000 64 $1.000.000 263 $4.140.257 318

1965 PDP-8 8 500 330.000 4 $16.000 10.855 $66.071 13.135

1976 Cray-1 58 60.000 166.000.000 32.768 $4.000.000 21.842 $8.459.712 51.604

1981 IBM-PC 1 150 240.000 256 $3.000 42.105 $4.081 154.673

1991 HP99000

2 500 50.000.000 16.384 $7.400 3.556.188 $8.156 16.122.356

1996 Intel P pro 200MHz

2 500 400.000.000 16.384 $4.400 47.846.890 $4.400 239.078.908


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Bibliografia

Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface: Hennessy and Patterson

Computer Organization and Architecture: Designing for Performance• William Stallings, 4. Edition - Prentice Hall 1996

Organização estruturada de computadores: Tanenbaum

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