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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Infra-Estrutura de Hardware
Edna Barros
GRECO - Grupo de Engenharia da ComputaçãoCentro de Informática - UFPE
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Infra-Estrutura de Hardware
Edna Barros
GRECO - Grupo de Engenharia da ComputaçãoCentro de Informática - UFPE
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Roteiro da Aula
• Os computadores no nosso dia a dia• Conhecendo os componentes de um
computador– CPU– Memória– Disco
• Evolução dos computadores
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Roteiro da Aula
• Computador: Hardware e Software• Como funciona o computador• Executando um programa• Programa do curso• Opcional:
– Evolução Histórica dos computadores
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Conceitos Básicos de Arquitetura e Organização de
Computadores
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Motivação• Porque é importante saber conceitos de
arquitetura/organização de computadores?• Revolução da Informação:
– Primeiro computador comercial no final anos 1940– .... Multiprocessadores (SP2, Clusters,....)– Número e complexidade crescente de aplicações:
• Caixas Eletrônicos• Computadores em automóveis• Laptops• Projeto Genoma• World Wide Web
• Os computadores estão cada vez mais presentes no nosso dia a dia....
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computadores no dia a dia...
Computadores estãopresentes nos mais diversos
equipamentos
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computadores no dia a dia...
No nosso dia a dia ....
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computadores no dia a dia...
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computadores no dia a dia...
E todos estes computadores/equipamentos podemestar conectados em rede ....
Voz e Dados
GPS/AVL
Chamada
Terminais de Dados
Rede CDPD/GPRS
Centro de Dispatch
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Armazenamento e Processamento de Informações....em um escritório
• 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.
Como se dá o processamento das informações?• Informações que não tem uso
no momento ficam no fichário.• A pasta sobre a mesa contém
cópias das informações que precisaremos naquele dia.
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Fichário
Mesa
Pastas
3timing & sizeInformation
2timing & sizeInformation
1
Disco MemóriaUnidade de Controle (CPU)
Componentes de 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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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Abrindo o computador....
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Abrindo o computador....
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Entrada/Saída Manual
• Teclado• Mouse• Monitor de Vídeo• Joystick
• Característica comum: baixa velocidade
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Entrada: Mouse
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Saída: Monitor de Vídeo
• Tubo de raios catódicos
• Aumento da energia dos elétrons
• Aceleração• Colisão numa
tela de fósforo• Emissão de luz• Ponto luminoso
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Saída: Vídeo
• Controle– Densidade do fluxo
controlada por circuitos adicionais
– Direção do feixe controlada por campo magnético
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Saída: Vídeo
• Resolução– Linhas: 1024– Pontos por linha: 1280– Resolução: 1.310.720
– 75 figuras/seg : 98.304.000 Bits/seg 100 MHz de largura de Banda
– Intensidade– 8 bits/cor 24 bits/pixel 3.932.160 bits (Memória de
Vídeo)
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Saída: Vídeo
• Display de cristal líquido
• Matrix de pixels• Controle
Complexo• Tecnologia
VLSI
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Unidade de Processamento
• Placa Mãe• CPU• Memória• Disco rígido• Disco
Flexível
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Placa Mãe
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Placa Mãe
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
O Processador
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Processador: PowerPC 750
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
8051 186.531 transistores8 mm2
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
8051 186.531 transistores8 mm2
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
8051 186.531 transistores8 mm2
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Processador Memória
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Memória Vs. Armazenamento
• 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.
Fluxo de Dados
Pasta
Fichário
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Processador vs. memória
µProc60%/ano..
DRAM7%/ano..
1
10
100
1000
1980
1981
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
DRAM
CPU
1982
Desemp. Proc-Mem:(cresce 50% / ano)
Des
emp
enh
o
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Memória Principal Vs. Cache
• O fichário representa o disco rígido.
• A pasta sobre a mesa representa a memória principal.
• No quadro de avisos se encontram informações que podem ser acessadas de forma muito rápida. O quadro representa a cache.
• Mesa e usuário são a CPU
Pasta
Quadro
Fichário
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Níveis de memória
Nível 1 2 3 4Nome Registrador Cache Memória
PrincipalSecundária
Tamanho < 1K < 4 M < 4 G > 1 GTecnologia BICMOS SRAM DRAM DiscoTempo de
acesso (ns)2-5 3-10 80-400 5.000.000
Largura debanda(MB/s)
4000-32.000 800-5000 400-2000 4-32
Gerência Compilador Hardware S.O S.O /usuário
Copia em Cache MemóriaPrincipal
Disco Fita
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
ProcessadorMemória
Discos
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Discos
• 36 Gbytes, 3 1/2”
![Page 37: Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1. Infra-Estrutura de Hardware Edna Barros GRECO - Grupo de Engenharia da Computação Centro de Informática - UFPE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/552fc14d497959413d8e2a6e/html5/thumbnails/37.jpg)
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Platter
Track
Platters
Sectors
Tracks
Discos magnéticos
• # discos: 1-15 (2 lados)
• rotação: 3600 - 7200 rpm
• diâmetro: 1-8 inch• # trilhas: 1000-5000• # setores: 64-200• setor: 512 bytes
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Discos / História
1973:1. 7 Mbit/pol2140 MBytes
1979:7. 7 Mbit/pol22,300 MBytes
source: New York Times, 2/23/98, page C3, “Makers of disk drives crowd even more data into even smaller spaces”
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
1
10
100
1000
10000
1970 1980 1990 2000
Year
Are
al D
ensi
ty
Discos: história
1989:63 Mbit/pol260,000 MBytes
1997:1450 Mbit/pol22300 Mbytes (2.5” diâmetro)source: N.Y. Times, 2/23/98, page C3
1997:3090 Mbit/p2.8100 Mbytes(3.5” diâmetro)
2000:10,100 Mb/p225,000 MBytes
2000:11,000 Mb/p273,400 MBytes
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Discos: Limites
• Capacidade crescente (60%/ano) and Taxa de transf. crescente (40%/ano)
• Redução lenta do tempo de acesso (8%/ano)• Tempo para leitura completa:
Ano Sequencial Randômica
1990 4 minutos 6 horas
2000 12 minutos 1 semana
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Tendências e Desafios no Desenvolvimento de
Computadores
Processadores, Memória e Discos
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Year
Transistors
1000
10000
100000
1000000
10000000
100000000
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
i80386
i4004
i8080
Pentium
i80486
i80286
i8086
Tecnologia: Capacidade de Integração
2X transistores/ChipA cada 1.5 anos
“Moore’s Law”:
Alpha 21264: 15 millionPentium Pro: 5.5 millionPowerPC 620: 6.9 millionAlpha 21164: 9.3 millionSparc Ultra: 5.2 million
Moore’s Law
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Tecnologia: Capacidade de Integração
Date Event Comments
1947 1st transistor Bell Labs
1958 1st IC Jack Kilby (MSEE ’50) @TIWinner of 2000 Nobel prize
1971 1st microprocessor Intel
1974 Intel 4004 2300 transistors
1978 Intel 8086 29K transistors
1989 Intel 80486 1.M transistors, pipelined
1995 Intel Pentium Pro 5.5M transistors
2005 Intel Montecito 1B transistors
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Tecnologia: Desempenho do Processador
0100200300400500600700800900
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97
DEC Alpha 21264/600
DEC Alpha 5/500
DEC Alpha 5/300
DEC Alpha 4/266IBM POWER 100
DEC AXP/500
HP 9000/750
Sun-4/260
IBMRS/6000
MIPS M/120
MIPS M
2000
1.54X/yr
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Tecnologia: Desempenho do Processador
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Avanços na Tecnologia
• Processador– 2X velocidade a cada 1.5 ano; 1000X desempenho nos
últimos 15 anos• Memória
– DRAM capacidade: 2x / 1.5 anos; 1000X tamanho nos últimos 15 anos
– Custo por bit: melhora 25% por ano• Disco
– capacidade: > 2X em tamanho a cada 1.5 ano– Custo por bit: melhora em média 60% por ano– 120X tamanho na última decada
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Evolução dos Computadores
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Avanços na tecnologia
• O que estes intervalos de tempo tem em comum?– 1776-1999 (224 anos)– 2000-2001 (2 anos)
Resposta:Progresso similar no desempenho dos processadores!
Crescimento exponencial (Lei de Moore)
Projetistas trabalham para melhorar velocidade de reduzir consumo de potência dos processadores.
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Avanços na tecnologia
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Avanços na tecnologia
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Avanços na tecnologia
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Esforços em Arquitetura de Computadores
Arquiteturasde
Computador
Tecnologia Linguagens deProgramação
SistemasOperacionais
História
Aplicações
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
CPU Mem.
E/S
ComputadorPeriféricos
Interconexão
Componentes de um Computador: Hardware
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computador: Hardware + Software
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
SistemasDigitais
Computador: Hardware + Software
Repertório de Instruções Arquitetura
Hardware
Software
I/O systemProcessor
Aplicação
Memory
Sistema Operacional
Compilador
Montador
Datapath & Control
Digital DesignCircuit Design
transistors
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Programa
• Módulo 1:Conceitos Básicos de Arquitetura de Computadores – Introdução– Conceitos Básicos de Arquitetura – Usando o simulador MIPS– Implementação Mono-ciclo e Multi-ciclo
• Avaliação: projeto e prova
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Programa
• Módulo 2: Implementação em Pipeline e Superescalar– Implementação Pipeline – Resolução de Conflito de Dados e Controle– Implementação Superescalar– Aulas de laboratório e listas de exercício
• Avaliação: prova
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Programa
• Módulo 3: Hierarquia de Memória– Memória Cache
• Tipos de Cache• Melhorando o desempenho de uma cache
– Memória RAM– Memória Virtual– Aulas de Laboratório e listas
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Programa
• Módulo 4: Entrada/Saída e Multiprocessadores– Entrada/Saída
• Tipos de E/S • Componentes de um sistema de E/S
– Multiprocessadores– Aulas de laboratório e listas
• Avaliação: prova
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Monitoria
• Monitores– Bruno Barros– E equipe
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Bibliografia
• Organização e Projeto de Computadores – A Interface Hardware Software– David Patterson e John Hennessy
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
CPU Mem.
E/S
ComputadorPeriféricos
Interconexão
Componentes de um Computador: Hardware
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computador: Hardware + Software
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computador: Hardware + Software
• Coordenação de muitos níveis de abstração
I/O systemProcessor
Aplicação
Repertório de Instruções ArquiteturaMemoryHardware
Software
Sistema OperacionalWindows
Compilador
Montador
Datapath & Control
Digital DesignCircuit Design
transistors
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
SistemasDigitais
Computador: Hardware + Software
Repertório de Instruções Arquitetura
Hardware
Software
I/O systemProcessor
Aplicação
Memory
Sistema Operacional
Compilador
Montador
Datapath & Control
Digital DesignCircuit Design
transistors
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Representação da Informação
Programa em Linguagem de alto
nível (e.g., C)
Programa em linguagem assembly (e.g.,MIPS)
Programa em linguagem de
Máquina (MIPS)
Hardware
Compilador
Montador
Interpretação
temp = v[k];
v[k] = v[k+1];
v[k+1] = temp;
lw $to, 0($2)lw $t1, 4($2)sw$t1, 0($2)sw$t0, 4($2)
0000 1001 1100 0110 1010 1111 0101 10001010 1111 0101 1000 0000 1001 1100 0110 1100 0110 1010 1111 0101 1000 0000 1001 0101 1000 0000 1001 1100 0110 1010 1111
°°
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
swap(int v[], int k){int temp; temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp;}
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
00000000101000010000000000011000000000001000111000011000001000011000110001100010000000000000000010001100111100100000000000000100101011001111001000000000000000001010110001100010000000000000010000000011111000000000000000001000
Binary machinelanguageprogram(for MIPS)
C compiler
Assembler
Assemblylanguageprogram(for MIPS)
High-levellanguageprogram(in C)
Representação
da Informação
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Compilação
Programa objeto L0
Programa fonte Ln
Compilador
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Interpretação
Instrução Ln
InterpretadorInstrução
Ln-1
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Interpretação & Compilação
InterpretadorInstrução de máq.
L0Programa objeto Lint
Programa fonte Ln
Compilador
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computador: Hardware e Software
Hardware
Sy
stems software
Applications software
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computador: Hardware e Software
Software
Aplicação Sistema
Editores Compiladores Sistemas operacionais
Montadores
Memória virtual
Sistema de arquivo
I/O device drivers
gcc as
...
... ...
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Computador: Hardware + Software
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Interface entre hw e sw: Repertório de Instruções:
Repertório de Instruções
software
hardware
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Como funciona um computador??
Vídeo
Teclado
CPU
Execução dasinstruções de um
programa
CPU
Execução dasinstruções de um
programa
Memória
Programas+
Dados
E/S
Buffers
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Como funciona um computador??
Vídeo
Teclado
Memória
Programas+
Dados
E/S
Buffers
Reg.
ALU
EndereçoInstrução
Unid. processamento
Unid. controle
Operandotemp
AC
![Page 77: Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1. Infra-Estrutura de Hardware Edna Barros GRECO - Grupo de Engenharia da Computação Centro de Informática - UFPE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/552fc14d497959413d8e2a6e/html5/thumbnails/77.jpg)
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Memória
15 0
sinal
Dado
Instrução
magnitude
15 012
Opcode Endereço
11
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Como funciona um computador?
Busca a próximainstrução
Busca a próximainstrução
Executa a instrução
Executa a instrução
Início
Término
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
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 3 0 0
9 4 1
9 4 0
3 0 2
3 0 1PC (endereço)
AC (operando)
IR (Instrução)
Registradores da CPUMemória
...
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
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)
AC (operando)
IR (Instrução)
Registradores da CPUMemória
...
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
![Page 81: Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1. Infra-Estrutura de Hardware Edna Barros GRECO - Grupo de Engenharia da Computação Centro de Informática - UFPE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/552fc14d497959413d8e2a6e/html5/thumbnails/81.jpg)
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
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 1
PC
AC
IR
Registradores da CPUMemória
...
0 0 0 3
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
![Page 82: Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1. Infra-Estrutura de Hardware Edna Barros GRECO - Grupo de Engenharia da Computação Centro de Informática - UFPE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/552fc14d497959413d8e2a6e/html5/thumbnails/82.jpg)
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Executando um programa
1 9 4 0
5 9 4 12 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
3 0 1 3 0 0
9 4 1
9 4 0
3 0 2
3 0 1
PC
AC
IR
Registradores da CPUMemória
...
0 0 0 3
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
![Page 83: Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1. Infra-Estrutura de Hardware Edna Barros GRECO - Grupo de Engenharia da Computação Centro de Informática - UFPE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/552fc14d497959413d8e2a6e/html5/thumbnails/83.jpg)
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Executando um programa
1 9 4 0
5 9 4 12 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
3 0 1
5 9 4 1
3 0 0
9 4 1
9 4 0
3 0 2
3 0 1
PC
AC
IR
Registradores da CPUMemória
...
0 0 0 3
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
![Page 84: Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1. Infra-Estrutura de Hardware Edna Barros GRECO - Grupo de Engenharia da Computação Centro de Informática - UFPE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/552fc14d497959413d8e2a6e/html5/thumbnails/84.jpg)
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Executando um programa
1 9 4 0
5 9 4 12 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
3 0 1
5 9 4 1
3 0 0
9 4 1
9 4 0
3 0 2
3 0 1
PC
AC
IR
Registradores da CPUMemória
...
0 0 0 5
161616 523
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
![Page 85: Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1. Infra-Estrutura de Hardware Edna Barros GRECO - Grupo de Engenharia da Computação Centro de Informática - UFPE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/552fc14d497959413d8e2a6e/html5/thumbnails/85.jpg)
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Executando um programa
1 9 4 0
5 9 4 12 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
3 0 2 3 0 0
9 4 1
9 4 0
3 0 2
3 0 1
PC
AC
IR
Registradores da CPUMemória
...
0 0 0 5
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
![Page 86: Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1. Infra-Estrutura de Hardware Edna Barros GRECO - Grupo de Engenharia da Computação Centro de Informática - UFPE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/552fc14d497959413d8e2a6e/html5/thumbnails/86.jpg)
Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Executando um programa
1 9 4 0
5 9 4 12 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
3 0 2
2 9 4 1
3 0 0
9 4 1
9 4 0
3 0 2
3 0 1
PC
AC
IR
Registradores da CPUMemória
...
0 0 0 5
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Executando um programa
1 9 4 0
5 9 4 12 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 5
3 0 2
2 9 4 1
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3 0 2
3 0 1
PC
AC
IR
Registradores da CPUMemória
...
0 0 0 5
0001 AC <- Mem.0010 Mem. <- AC0101 AC <- AC + Mem.
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
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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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Escopo do curso.....
• Conjunto de registradores
• Tipos de Dados • Acesso à memória• Formato e
Repertório de instruções
• Conjunto de registradores
• Tipos de Dados • Acesso à memória• Formato e
Repertório de instruções
• Arquitetura
• Tecnologia de memória
• Interfaces• Implementação
das instruções• interconexões
• Tecnologia de memória
• Interfaces• Implementação
das instruções• interconexões
• Organização
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
SistemasDigitais
Computador: Hardware + Software
Repertório de Instruções Arquitetura
Hardware
Software
I/O systemProcessor
Aplicação (word)
Memory
Sistema OperacionalWindows
Compilador
Montador
Datapath & Control
Digital DesignCircuit Design
transistors
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Evolução dos Computadores
• GERAÇÃO ZERO - 1836 - Anos 30
– Máquinas mecânicas ou baseadas em relés• dificuldade de construção• pouca exatidão
– Exemplos:• 1936 - Zuze - Z1
– Primeira máquina calculadora a relés
• 1943 - Governo Britânico - Colossus– Primeiro computador eletromecânico
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Evolução dos Computadores
• PRIMEIRA GERAÇÃO - Anos 40
– Válvulas com processadores• Caras, lentas, queimavam com facilidade
– ENIAC, UNIVAC
– Programação:• nível binário: 010110110..00
– Exemplos:• 1946 - Eckert/Mauchkley - Eniac 1
– A História do computador moderno começa aqui
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Sistema de Computação
I/O systemProcessor
Repertório de Instruções:
001001001001Válvulas
Hardware
Software
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Evolução dos Computadores
• SEGUNDA GERAÇÃO - Anos 50
– Transistores• menores, mais baratos, rápidos, duráveis
– Programação:• simbólica: add, sub, load, store• programa armazenado em memória
– Exemplo:• 1952 - Von Neumann - IAS
– Modelo da maioria das máquinas atuais
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Programa Armazenado
CPU MemóriaPrincipal
Barramentode memória
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Sistema de Computação
I/O systemProcessor
Repertório de Instruções Arquitetura:
transistors
MemoryHardware
Software Montador
add, sub, load, store
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
• TERCEIRA GERAÇÃO - Anos 60
– Circuitos Integrados (CI`s)– Programação:
• compiladores (if-then-else, +, go to)• Memória Virtual (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 Computadores
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Memória Virtual
CPU MemóriaPrincipal
MemóriaSecundária
Barramentode memória
Barramento de E/S
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Sistema de Computação
I/O systemProcessor
CompiladorSistema
Operacional
Aplicação
Circuit Design
Repertório de Instruções Arquitetura
transistors
MemoryHardware
Software Montador
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Evolução dos Computadores
• QUARTA GERAÇÃO - Anos 70
– Microprocessadores/ Mem. semicondutora• VLSI Very Large Scale Integration
– Programação:• Linguagens Estruturadas• Estruturas de Dados Dinâmicas
– Exemplos:• 1974 - Intel - 8080
– Primeira CPU de uso geral em um chip
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Sistema de Computação
I/O systemProcessor
CompiladorSistema
Operacional
Aplicação
Digital DesignCircuit Design
Repertório de Instruções Arquitetura
Datapath & Control
transistors
MemoryHardware
Software Montador
Mais instruçõesMuitos tipos de dados
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Evolução dos Computadores
• QUINTA GERAÇÃO - Anos 80– Máquinas RISCs
• Simplificar para melhorar desempenho• Uso efetivo do pipeline
– Programação:• Crise do Software• C: Pseudo linguagem de Máquina
– Exemplos: RISC, MIPS, Sparc
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
Sistema de Computação
I/O systemProcessor
CompiladorSistema
Operacional
Aplicação
Digital DesignCircuit Design
Repertório de Instruções Arquitetura
Datapath & Control
transistors
MemoryHardware
Software Montador
Poucas instruçõesPoucos tipos de dados
Hardware mais simplesMelhor desempenho
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
• ... Anos 90– Arquiteturas Superescalares– Arquiteturas VLIW– Arquiteturas Superpipeline– 3 níveis
• nível de sistema operacional• nível de máquina convencional• nível de hardware
– Exemplos:• Pentium, Alpha, Power
Evolução dos Computadores
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Infra-estrutura de Hardware Capítulo 1
• ... Anos 2000– Arquiteturas Multi-core– Paralelismo de threads– Clusters– .....
Evolução dos Computadores