estrutura interna computador arquitectura de von...
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Overview Conceitos Informáticos
Sistemas Informáticos
SLIDES 2(c) Paulo Marques
Estrutura Interna Computador
Input Devices
Output DevicesCPU
Memória Primária
Memória Secundária
Arquitectura de von Neumann
O computador executa uma sequência de instruções que actuam sobre dados. � Tanto as instruções como os dados encontram-se
em memória
ALU(Unidade Aritmética
e Lógica)
Unidade de Controlo
Dispositivosde Entrada/Saída
Memória
Comandos de Controlo
Comandos de Controlo
Dados Dados
Dados
CPU
Fetch-Decode-Execute
Toda a arquitectura de von Neumann é baseada no ciclo “fetch-decode-execute”Em cada ciclo de relógio:� Vai-se buscar uma instrução à memória, de acordo com o valor do Program
Counter (PC), colocando-se a mesma no Instruction Register (IR)� Descodifica-se a instrução, verificando-se o que é que esta deverá fazer� Executa-se a instrução propriamente dita (em IR)
Instructions
Data
ABC
Modelo simples de um processador
O processador contém a Unidade Aritmética e Lógica (ALU), e a Unidade de ControloExistem dois registos especiais: IR (contém a instrução a executar) e PC (o contador de programa). � Existem também registos de âmbito geral e registos especiais
Processador
ALU Unidade Controlo
IR: Instruction Register
PC: Program Counter
R0: General Register 0
R1: General Register 0
…
Memória
BUS
00
01
02
03
04
05
06
07
08
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…
John von Neumann (1903-1957)
Matemático brilhante, “inventor” do conceito de stored-program e pai do computador moderno� Na verdade, sabe-se que uma boa parte
do trabalho foi feito pela equipa de JP Eckert (ENIAC), simplesmente vonNeumann não colocou o nome dos outros autores no artigo original
Desenhou a máquina IAS que se tornou o protótipo de virtualmente todos os computadores que se seguiram!Foi um dos homens a quem foi encarregue a construção da bomba atómica em Los Alamos
Para saber mais:http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Von_Neumann.htmlhttp://ei.cs.vt.edu/~history/VonNeumann.html
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A importância do BUS
Front-side BUS
Hierarquia de memória
Princípio da localidade espacial: � Se eu acedi a estes dados, é
provável que aceda aos dados que estão próximos (e.g. uma imagem)
Princípio da localidade temporal:� Se eu acedi à pouco tempo a estes
dados, é provável que lhes vá aceder dentro de pouco tempo
Registos
Cache
Memória Central (RAM)
Memória de Massa (Disco)
~128x 32bits
~512Kbyte
~512Mbyte
~60Gbyte
VelocidadePreço
Tamanho
Principais tipos de memórias num PC
ROM: Read-Only Memory� Memória apenas de leitura, programada de fábrica.� Os dados não desaparecem quando é desligada da corrente.� Tipicamente utilizada para implementar a BIOS (Basic Input Output
System) nos computadores.� Hoje em dia, é tipicamente utilizada EEPROM – Electrical Erasable
ROM
RAM: Random Access Memory� Memória de leitura e escrita, de acesso aleatório� É volátil: os dados desaparecem quando se desliga da corrente� Tipicamente utilizada para implementar a memória central dos
computadores.� Existem muitas tecnologias: DDR, SDRAM, EDO...
Massa� Memória não volátil, de tecnologia mecânico-magnética� Utilizada para armazenamento de grandes quantidades de dados
O “cérebro” – O CPU (1)
Pentium 4 waffer
Pentium 4 die, 42 milhões de transistores!
Lei de Moore
Apenas quatro anos após o circuito integrado ter sido inventado, Moore disse que:� “O número de transístores que a indústria
irá colocar num circuito integrado duplicará todos os anos.”
� A lei neste momento diz que são todos os 18 meses!
� A performance está directamente relacionada com o número de transístores num integrado (mas não só!)
Infelizmente, as outras partes dos computadores (nomeadamente os discos), não acompanham esta evolução.
Gordon E. Moore,Co-Fundador da Intel
em 1968
Lei de Moore (2)
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Desempenho dos Processadores
Instruction Set = conjunto de instruções (Linguagem Máquina - seq. de 0s e 1s) que
o processador pode interpretar e executar
Clock = gerador de impulsosgerador de impulsos (oscilador de cristal) que comanda o ritmo de funcionamento
do processador
A cada impulso do Relógio, o processador inicia um ciclo de aquisição e execuçãode instruções.
Estas instruções estão armazenadas na memória principal.
- algumas instruções podem ser executadasnum único ciclo do clock
- outras poderão exigir vários ciclos para serem concluídas
Medida falaciosa pois dependenão apenas do tipo da instruçãomas tambémda arquitectura do processador
1 Megahertz = 1 milhão de impulsos por segundo1 Megahertz = 1 milhão de impulsos por segundo
Unidades mais específicapara avaliar o desempenho
de um processadorMIPS = Milhões de Instruções Inteiras por SegundoMIPS = Milhões de Instruções Inteiras por Segundo
MFLOPS = Milhões de Instruções (Floating-Point) por SegundoMFLOPS = Milhões de Instruções (Floating-Point) por Segundo
Uma Visão Sobre um PC Moderno
Um exemplo: Compaq Presario 6640PT
Processador� Intel® Pentium® 4 – 2,4 GHz � Chipset Intel® i845GE � 533MHz Velocidade de bus� 512 KB de cache de nível 2
Memória� 256 MB DDR-SDRAM 333MHz, em
dois DIMMs
Armazenamento � 60 GB Unidade de disco rígido Ultra
DMA (5400 rpm)� Unidade de DVD-ROM 16x +
Gravador de CDs 48x 12x 48x� Unidade de disquete de 3,5” - 1,44
MB
Video/Audio� ATI® Radeon™ 9000 c/ 64 MB de
memória � Solução integrada de som
Comunicação � Modem V92 56 kbps� Interface de rede 10/100BT � Interface IEEE 1394
Acessórios � Teclado + Rato PS2� Ecrã plano de 17”
Expansibilidade � 5 baías de expansão � 1 porta AGP � 3 PCI (2 PCI livres) � 6 portas USB 2.0 (2 frontais) � 1 porta paralela � 1 porta série (RS-232)� 1 porta IEEE 1394� 1 saída TV
Motherboard (ASUS P4S8X) Motherboard
Encaixes para placas
de expansão
Encaixes para a memória RAM
Encaixe para processador
Memória ROM
Conectores
Encaixes para unidades (drives)Encaixe para alimentação
Motherboard 101 – Periféricos
Ligação a periféricos
Rato eTeclado
Portas USB
Porta Série
Porta Paralela
Porta Firewire
RedeFastEthernet
Som
4
Motherboard 101 – CPU
CPU &Alimentação
Heat sinks
Pentium 4 +Heat sink +Fan
Pentium 4
Motherboard 101 – Alimentação
Conector de Alimentação
Conector de Alimentação de
Dispositivos
Conector de Alimentação da
Motherboard
Motherboard 101 – Memória
Receptáculo dos módulos de
memória
Módulos de memória DDR
Motherboard 101 – Discos & CD-ROMS
Os PCs actuais trazem dois controladores de disco, um primário e um secundário.
Cada um pode controlar dois discos: um master e um slave.
Disco IDE
Cabo de disco IDE
Selecção Master/Slave
Motherboard 101 – Placa Gráfica
Slot AGP para aplaca gráfica
Placa Gráfica
Motherboard 101 – Slots PCI
Slot de expansão
Placa de Rede PCI
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Interior de um Computador
Placa principal(Motherboard)
Conectores das placas de expansão
Fonte de alimentação
Conectores on board
Unidades (Drives)
Cabos eléctricos
Placas de expansão
O Resultado é…
Um PC!
Quiz: Que coisa é esta??
Currently the fastest machine on the face of the Earth
The Earth Simulator is a project to develop a 40 TFLOPS system for climate modeling. Currently it performs at 35.86 TFLOPS.
The ES is based on: - 5,120 (640 8-way nodes) 500 MHz NEC CPUs - 8 GFLOPS per CPU (41 TFLOPS total) - 2 GB RAM per CPU (10 TB total) - Shared memory inside the node - 640 × 640 crossbar switch between the nodes - 16 GB/s inter-node bandwidth
Para saber mais...
Computer Science – An Overview� Capítulo 0� Capítulo 2 (2.1, 2.2, 2.3, 2.5)
How Stuff Works (http://computer.howstuffworks.com):� How PCs Work� How Microprocessors Work� How Motherboards Work� How Computer Memory Works
Informação Extra:� Arstechnica, The PC Enthusiast’s Resource:
http://www.arstechnica.com/