Introdução à computador

Introdução à computador

1. Organização:

   • Como os recursos são implementados

2. Arquitetura:

   • Atributos visíveis ao programador

3. Estrutura:

   • modo como os componentes estão inter-relacionados
   • computador SIMPLES:
     • Unidade Central de Processamento (CPU):
       • controla operação de um computador
       • realiza sua funções e processamento de dados
     • Memória Principal:
       • armazena dados
     • Entrada/Saída:
       • move dados entre o computador e o ambiente externo
     • Interconexão do sistema:
       • algum mecanismo que proporciona comunicação entre a CPU, memoria principal e entrada/saída
     • 4 componentes estruturais principais de uma CPU:
       • unidade de controle:
         • controla operação do computador
       • unidade lógica e aritmética:
         • executa as funções de processamento de dados do computador
       • interconexão da CPU:
         • mecanismo que proporciona a comunicação entre unidade de controle, ALU e registradores
       • registro:
         • proporciona armazenamento interno na CPU
   • Computador Multicore:
     • CPU:
       • Busca e executa as instruções
     • Core(Núcleo):
       • Unidade de processamento individual, um core é basicamente uma CPU completa
       • Elementos funcionais:
         • lógica de instrução:
           • inclui as tarefas envolvidas em buscar instruções, e decodificar cada instrução a fim de determinar a operação de instrução e os locais de memória dos operando
         • unidade de lógica e aritmética :
           • executa a operação especificada por uma instrução
         • lógica de load/store:
           • gerencia a transferência de dados para e de uma memória principal através da cache
     • Processador:
       • um pedaço físico de silício que contém um ou mais cores
       • Componente do computador que interpreta e executa instruções

4. Função:

   • Operação individual de cada componente como parte da estrutura
   • 4 funções básicas:
     • Processamento de dados:
       • poucos métodos fundamentos
     • Armazenamento de dados:
       • tanto a longo prazo como a curto prazo
     • Movimentação de dados:
       • fonte ou destino de dados
     • Controle:
       • gerencia os recursos do computador

5. Evolução dos computadores

   • 1° Geração: Válvulas
     • ENIAC:
       • números decimais
     • Von Neumann: IAS
       • conceito de programa armazenado
       • estrutura básica compõe-se de:
         • memória principal, que armazena tanto dados como instruções
         • unidade lógica e aritmética capaz de operar os dados binários
         • unidade de controle, que interpreta instruções que estão na memória e faz que sejam executadas.
         • Equipamento de entrada/saída controlado pela unidade de controle.
       • Componentes básicos da arquitetura de Von Neumann:
         • tem pelo menos uma unidade de processamento lógico-aritmético e registradores.
         • CPU deverá possuir também circuitos específicos para controle das demais unidades e da execução das instruções. A unidade de controle é interna a CPU e contém um registrador de instrução e contador de programa.
         • memória principal é única e armazena dados e instruções sem fazer distinção entre elas.
         • mecanismo de E/S
         • unidade de armazenamento de massa externa
       • IAS - detalhes :
         • todos computadores de hoje tem essa mesma estrutura e função geral.
         • números binários
         • 2 instruções de 20 bits.
         • Conjunto de registradores (armazenamento em CPU) :
           • registrador de buffer de memória
           • registrador de endereço de memória
           • registrador de instrução
           • registrador de buffer de instrução
           • acumulador
           • quociente multiplicador
       • O gargalo da arquitetura de Von Neumann:
         • os gargalos são os elementos de design que dificultam o aumento progressivo de desempenho.
         • principal gargalo está no barramento CPU - Memória Principal.
       • Mitigando o gargalo da arquitetura de Von Neumann:
         • uso de um ou mais níveis de memória cache entre CPU e a MP.
         • um nível de cache onde dados e instruções são armazenados separadamente, podendo assim ser acessados de modo independente.
         • uso de circuitos de predição de desvio que estará sempre tentando antecipar dados e instruções futuras.
         • usa de uma hierarquia de memória composta diversos níveis de memórias com diferentes capacidades/ velocidades/ custo.
   • 2° Geração: Transistores
     • barato
     • gera menos calor do que a válvula
     • menor
     • pode ser usado da mesma maneira que uma válvula para construir computadores
     • um dispositivo sólido, feito de silício.
     • Introdução de ALU’s e Unidades de Controles complexas.
     • linguagem de programação de alto nível.
   • 3° Geração: Circuitos Integrados
     • Transistor isolado = componentes discreto.
     • Computador era construído usando componentes discretos.
     • Processo dispendioso e complicado, especialmente porque a complexidade cresceu muito rapidamente.
     • Surge a microeletrônica.
       • significa: “pequena eletrônica”
       • Um computador é composto de portas, células de memória e interconexões.
     • Lei de Moore
       • Maior densidade de componentes no chip
       • Número de transistores em um chip dobrará a cada ano.
       • Desde 1970, isso diminui um pouco
         • Número de transistores dobra a cada 18 meses.
       • Consequências:
         • custo de um chip permaneceu quase inalterado
         • maior densidade de empacotamento significa caminhos elétricos mais curtos, gerando maior desempenho.
         • menor tamanho oferece maior flexibilidade
         • As interconexões no circuito intregado são mais confiáveis do que as conexões de solda. Com mais circuitos em cada chip, existem menos conexões entre chips.
         • Redução nos requisitos de potência e resfriamento.
   • Gerações Posteriores
     • Difícil caracterização
     • Houve impactantes resultados dos estudos iniciados desde a década de 70.
     • Destacam-se:
       • Memória Semicondutora.
       • Capacidade dobra aproximadamente a cada ano
       • Microprocessador:
         • Com diversos componentes integrados.