Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Computação L1
Sérgio CavalcanteCentro de Informática - UFPE
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Computação L1
Conceitos Básicos• História da computação• Aritmética Binária• Conceitos de Lógica
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Computação L1
Módulo 2: Software • Compiladores e Interpretadores • Sistemas operacionais
– Gerenciamento de processos– Gerenciamento de memória– Gerenciamento de periféricos– Interface com o usuário
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Computação L1
Módulo 3: Linguagens de Programação • Tipos de dados• Operacões aritméticas• Comandos de controle
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Conceitos Básicos de Computadores
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
O que é o computador?
Solução
Computador
Programa
Problema
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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?
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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)
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Como transformar descrições em código executável?• Diferença entre as linguagens utilizadas• Métodos:
– Compilação
– Interpretação
– Compilação-Interpretação
Comunicação Homem-Máquina
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Compilação
Programa objeto L0
Programa fonte Ln
Compilador
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Interpretação
Instrução Ln
InterpretadorInstrução
Ln-1
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Interpretação & Compilação
InterpretadorInstrução de máq.
L0Programa objeto Lint
Programa fonte Ln
Compilador
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Computador: Hardware e Software
Hardware
Sy
stems software
Applications software
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Computador: Hardware e Software
CPU Mem.
E/S(I/O)
ComputadorPeriféricos
Interconexão
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Componentes de um computador
Vídeo
Teclado
CPU
Execução dasinstruções de um
programa
CPU
Execução dasinstruções de um
programa
Memória
E/S
Buffers
ProgramasProgramas++
DadosDados
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Sistema Básico de Memória
CPU MemóriaPrincipal
MemóriaSecundária
Barramentode memória
Barramento de E/S
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Sistema Básico de Memória
Alto desempenho da CPU
CPUCache
MemóriaPrincipal
MemóriaSecundária
Barramentode memória
Barramento de E/S
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Memória
0 15
sinal
Dado
Instrução
magnitude
0 153
Opcode Endereço
4
0001 AC Mem.0010 Mem. AC0101 AC AC + Mem.
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Componentes de um computador
Vídeo
Teclado
CPU
Execução dasinstruções de um
programa
CPU
Execução dasinstruções de um
programa
Memória
Programas+
Dados
E/S
Buffers
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Componentes de um computador
Vídeo
Teclado
Memória
Programas+
Dados
E/S
Buffers
Reg.
ALU
EndereçoInstrução
Unid. processamento
Unid. controle
Operandotemp
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Executando um programa
Busca instruçãoBusca instrução
Executa instruçãoExecuta instrução
Busca operandoBusca operando
Decodifica instruçãoDecodifica instrução
Armazena resultadoArmazena resultado
Incrementa PCIncrementa PC
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Executando um programa
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
...
0001 AC Mem.0010 Mem. AC0101 AC AC + Mem.
0 0 0 3
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Executando um programa
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
Registradores da CPUMemória
...
AC 0 0 0 3
0001 AC Mem.0010 Mem. AC0101 AC AC + Mem.
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
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Executando um programa
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
Registradores da CPUMemória
...
0 0 0 5
0001 AC Mem.0010 Mem. AC0101 AC AC + Mem.
0 0 0 50 0 0 5
3 0 1 PC 3 0 3 0 22 PC
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Evolução dos Computadores SEGUNDA GERAÇÃO - Anos 50
• Transistores– menores, mais baratos, rápidos, duráveis
• 3 níveis:– nível de montadores (assembly)
– nível de máquina convencional (binário)
– nível de hardware
• Exemplo:– 1952 - Von Neumann - IAS
• Modelo da maioria das máquinas atuais
HardwareHardware
Convencional(binário)
Ling. AssemblyLing. Assembly
Programaaddsublw
0001010...01
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
TERCEIRA GERAÇÃO - Anos 60
• Circuitos Integrados (CI`s)• 4 níveis:
– nível de montadores/compiladores
– nível de sistema operacional
– nível de máquina convencional (binário)
– nível de hardware
• 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
Convencional(binário)
Ling. AssemblyLing. Assembly
Sist. OperacionalSist. Operacional
C, Java, etc.
Memória Virtual
Entrada/Saída
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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 máquina convencional (binário)
– nível de hardware + microprogramação
• Exemplos:– 1974 - Intel - 8080
• Primeira CPU de uso geral em um chip
Ling. Programaçãode alto nível
Ling. Programaçãode alto nível
Hardware +Firmware
Hardware +Firmware
Convencional(binário)
Ling. AssemblyLing. Assembly
Sist. OperacionalSist. Operacional
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
... 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
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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
Cin - CENTRODE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
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
Top Related