Arquitetura de Computadores

Arquitetura de Computadores

1. Gabinete

   • Fonte
     • AT
     • ATX
   • Hardware
     • Processador (CPU)
       • Arquitetura
         • Os computadores que implementam simultaneamente as arquiteturas RISC e CISC dispõem de processadores híbridos: um núcleo RISC executa instruções mais simples, enquanto instruções mais complexas são interpretadas na arquitetura CISC.
         • CISC (Complex Instruction Computer)
           • o código executável de um processador CISC é interpretado por microprogramas durante sua execução, gerando microinstruções, que, finalmente, são executadas pelo hardware. Para cada instrução em linguagem de máquina, existe um microprograma associado.
           • Acesso aos dados Via Memória
           • Execução Superescalar
             • Enquanto uma instrução é executada por uma das unidades de inteiros, outra pode ser executada por uma das unidades de Pontos Flutuantes. Com a execução Fora de Ordem junto com a Superescalar, instruções que não estão na sequência definida podem ser executadas para evitar que as unidades de execução fiquem ociosas.
             • instrução em vários ciclos
           • execução fora de ordem
             • instruções de tamanho variável.
           • Estágio de pipeline mais longo
           • utilizar intensivamente microcódigos.
           • múltiplos modos de endereçamento
           • executa instruções mais complexas
         • RISC (Reduced Instruction Set Computer)
           • só existem duas instruções de acesso à memória: LOAD e STORE. O restante das operações é feito diretamente no processador.   RISC executa instruções mais rapidamente do que CISC, 
           • EVITAR
             • Admite frequências mais altas
           • Acesso aos dados
             • Via registradores(Grande numero de registradores)
               • apenas LOAD and STORE podem acessar a memória
           • Instruções poucos endereços
             • uma instrução por ciclo de máquina
               • possui um conjunto de instruções menor que o CISC
           • Utiliza muito Pipeline em longa escala
           • foco na: simplicidade e previsibilidade.
           • Deve-se maximizar a taxa de execução das instruções.
           • maior rapidez no processamento.
             • processamento em tempo real.
           • executa instruções mais simples
           • Todas as instruções devem ser executadas diretamente por hardware.
         • Os computadores que implementam simultaneamente as arquiteturas RISC e CISC dispõem de processadores híbridos:
       • Etapa de Instrução
         • buscar-decodificar-executar.
         • buscar uma instrução na memória
           • interpretar a operação a ser realizada;
             • buscar os dados onde estiverem armazenados, para trazê-los até o processador
               • executar efetivamente a operação com o(s) dado(s)
                 • guardar o resultado (se houver algum) no local definido na instrução;
                 • 3º
             • 2º
           • 1º
       • Pipeline
         • Pipeline é uma técnica de hardware que permite que a CPU realize a busca de uma ou mais instruções além da próxima a ser executada. Estas instruções são colocadas em uma fila de memória dentro do processador (CPU) onde aguardam o momento de serem executadas: assim que uma instrução termina o primeiro estágio e parte para o segundo, a próxima instrução já ocupa o primeiro estágio.
         • realiza o paralelarismo de instrução
       • Multiprocessadores
         • processador matricial
           •  consiste em um grande número de processadores idênticos que efetuam a mesma sequência de instruções em diferentes conjuntos de dados."  
           • grande número de processadores idênticos, cada processador executa a mesma sequência de instruções sobre diferentes conjuntos de dados
         • multiprocessamento simétrico
           • todos os processadores são pares
           • todos os processadores compartilham a memória física
       • linguagens de Hardware
         • descrever a configuração de hardware de um circuito
         • Verilog
         • VHDL
       • REGISTRADOR
         • Os registradores se localizam no interior de um microprocessador, dentro da CPU  
         • Contador de instrução
           • Contem a posição da proxima instrução a ser executada(PC)
         • Os registradores se localizam no interior de um microprocessador, dentro da CPU
     • Placa Mãe (Motherboard)
       • Chipset
         • Ponte Sul
           • BIOS
           • ISA
           • USB
           • PCI
           • IDE
         • Ponte Norte
           • AGP
           • CPU
           • RAM
           • PCI express

2. Caracteristas

   • Precisão simples IEEE -754
     • 32-bit e 64-bit.
   • sistema digital
     • Uma combinação de dispositivos projetados para manipular informações lógicas ou quantidades físicas que estejam representadas no formato digital.

3. Códigos de detecção e correção de erros

   • Detecção de Erros
     • Paridade
       • é o menos eficiente.
       • Detecta erro em um único bit
     • Checksum
       • Detectam erros em mais de um bit
       • Consegue ter uma detecção maior no erro
       • Grupo de bits associados a uma menságem independentimente de como são calculados
     • Cyclic Redundancy Check (CRCs)
       • Código polinomial
       • Mais eficiente em detecção
       • Detecta os erros em BITs ALEATORIAMENTE
   • Correção de Erros
     • Código de Hamming
       • Detecta e corrigi os erros em bits aleatoriamente
       • operação com XOR
     • Código de Convolução Binária

4. Portas Lógicas

   • AND - E
   • OR - OU
   • NOR - NÂO OU
   • NAND - NÃO E
   • XOR - OU EXCLUSIVO
     • A x b = A´.B + A.B´
     • CRC- Utilizado para correção de erro
       • Utiliza um registrador de deslocamento mais um XOR para verificação de redundancia
   • XNOR
   • XOR -> NAND

5. Conversão de Base

   • DECIMAL ---> QUALQUER BASE
     • Basta dividir pela a BASE que deseja IR
   • BINÁRIO --> OCTAL
     • Faz a separação de 3 bits e depois só juntar
   • BINÁRIO ---> HEXADECIMAL
     • Faz a separação de 4 bits e depois só juntar
   • QUALQUER BASE -----> DECIMAL
     • Eleva a potencia da base

6. Indice de Benchmarks

   • utilizado para medir o desempenho de um dado sistema ou para comparar diferentes sistemas
   • Medidas mais comuns:
     • • MIPS e MFLOPS
     • SPEC
       • Medidas avançadas para SO cooporativo para industria
     • Drystone
     • Whetstone
       • Elaborado para progrmas numerico de ponto flutuante intensivo
     • • PING e PING-PONG
       • avaliação de comunicação;
     • TTCP
       • avaliação de comunicação com TCP ou UDP.

7. Circuito Sequenciais

   • Maquina de Estado Finito
     • um circuito sequencial geral consiste de uma seção de logica combinacional e uma seção de memoria(flip-flops)
     • Moore
       • A saída depende exclusivamente do estado
       • A entrada só interfere no próximo estado
       • VHDL
     • Mearly
       • A saída depende do estado presente e da entrada
       • A entrada interfere no próximo estado e na saída.
     • estrutura base para a construção das Unidades de Controle dos processadores

8. Codificação

   • UNICODE
     • Unicode é um padrão que permite aos computadores representar e manipular, de forma consistente, texto de qualquer sistema de escrita existente.
     • um caractere usa 2 bytes
     • 107 mil caracteres[
   • UTF-8
     • é um tipo de codificação binária (Unicode) de comprimento VARIÁVEL
     • Palavras de comprimento de 1,2,3 ou 4 BYTES depende do unicode
   • UTF-16
     • os caracteres são codificados em uma ou duas "palavras" (code units) de 16 bits.
   • UTF-32
     • método de codificação de caracters, usando a quantidade fixa de exatamente 32 bits para cada caractere Unicode.
     • FIXO
     • forma de codificação mais simple

9. CARACTERISTICA DE CIRCUITO

   • Circuito combinacional
     • executa uma expressão booleana através da interligação das várias portas lógicas existentes, sendo que as saídas dependem única e exclusivamente das entradas
   • Máquina de estado
     • é um sistema SEQUENCIAL, O número de estados são finitos
     • As entrada e saídas são consideradas em instantes de tempo discretos que são definidos por pulsos de um sinal de sincronização chamado relógio (clock).
   • Flip-flop
     • Na lógica combinacional, as células básicas para a construção do circuitos são as portas lógicas, já na lógica seqüencial, as células básicas são os circuitos biestáveis ou chamados flip-flops.
     • pode ser utilizado para armazenar um bit, ou um digito binário.
   • Circuito sequencial
     • é composto por um circuito combinacional e elementos de memória.
     • Os circuitos sequenciais biestáveis dividem-se em síncronos (Flip-flop) e assíncronos (Latch) conforme sua característica de alterar a saída a qualquer instante ou somente quando houver variação no sinal de clock.

10. Paradigma de Linguagem

    • Os primeiros programas eram desenvolvidos em linguagem de máquina
      • Todo o sistema era carregado na memória
    • TRADUTOR
      • Caracteristica
        • programa ligador (linker)
          • colocar os módulos de códigos e dados simbolicamente na memória.
            • Também define a região da memória onde o programa será executado
        • Geram um programa-objeto
        • Loader
          • Utilitário responsável por carregar na memória um programa executável
          • Define a localização exata da memoria
      • Linguagem de Montagem
        • Assembly
          • Uma de sua funções é converter os valores das constantes de um programa assembly para Código BINÁRIO
          • OBS
            • Assembler é o montador
            • Assembly é a linguagem de programação
    • Interpretador
      • Não gera programa objeto
      • perder tempo em traduzir todo o código a cada execução
      • Java é uma linguagem mista(compilada e interpretada), pois o programa-fonte em Java é compilado e transformado em uma linguagem intermediária chamada "bytecodes", que são instruções interpretadas em linguagem de máquina pelas JVM,
        • INDEPENDETE DA ARQUITETURA

11. Evolução e desempenho

    • PRIMEIRA GERAÇÃO - 1946-1959
      • Válvulas
      • Programas desenvolvidos em linguagem de maquina
      • Maquina de VON NEUMAN (IAS)
        • Instruções ocorrem em sequencia
          • instruções e dados são armazenados na mesma memória
        • Permitiu o surgimento de SO
        • Conhecido como :Maquina de Programa Armazenado
      • Reprogramada a cada tarefa
    • SEGUNDA GERAÇÂO- 1959 - 1964
      • Transistores
      • Inicio do uso comercial
      • Linguagem
        • Fortran - Cobol - Algol
    • TERCEIRA GERAÇÃO -1964 - 1970
      • Surgimento dos CI
      • Vários programas em memória
      • Tempo compartilhado (Time- sharing)
    • QUARTA GERAÇÃO 1970- ATE HJ
      • Software Integrado
      • LSI (Large Scale Integration)
      • VLSI (Very Large Scale Integration)
      • PC
    • QUINTA GERAÇÃO - Compução Pervasiva
      • Interagir com os computadores, sem que perceba
      • Relógio, cartoes, fogão etc

12. CONCEITOS

    • Sistemas Operacionais
      • Ambiente responsável por gerenciar e garantir a interação entre os componentes
    • Arquitetura do sistema
      • Atributos de um sistema que são visíveis para um programador, ou seja, tem impacto direto sobre execução lógica de um programa
    • Organização de computadores
      • Unidades operacionais e suas interconexões que implementam as especificações de sua arquitetura

13. Níveis da arquitetura

    • C, C++. JAVA. C#
    • Porta Lógica

Imagens e arquivos do mapa