Aula 1: Apresentação do Curso

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1 Aula 1: Apresentação do Curso Diego Passos Universidade Federal Fluminense Fundamentos de Arquiteturas de Computadores Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 1 / 30

2 Estrutura da Disciplina Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 2 / 30

3 Informações Gerais Salas e Horários Quartas, 20:00 às 22:00, sala 213 Sextas, 20:00 às 22:00, sala 213 Contato dpassos@icuffbr diego/disciplinas/2015_2/fac/ Calendário Material didático Informações Avisos Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 3 / 30

4 Focos da Disciplina Como informações são representadas por um computador Quais são os componentes de um computador Como estes componentes se inter-relacionam para processar dados Como um programa de alto nível é executado Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 4 / 30

5 Conteúdo Programático (E Provas) P1 P2 Histórico das arquiteturas Bases de numeração e conversões Aritmética binária e hexadecimal Representações numéricas inteiras Estouro Representação em Ponto Flutuante Memória Principal Unidade Central de Processamento Instruções Pipeline Dispositivos de E/S Métodos de transferência de dados Arquiteturas avançadas RISC vs CISC Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 5 / 30

6 Bibliografia e Material de Apoio Bibliografia Básica DA Patterson e JL Hennessy, Organização e Projeto de Computadores, Editora LTC, Quarta Edição, 2014 Bibliografia Complementar W Stallings, Arquitetura e Organização de Computadores, Prentice Hall M A Monteiro, Introdução à Organização de Computadores, Editora LTC Outras Referências Andrew S Tanenbaum, Organização Estruturada de Computadores, Prentice Hall, Quinta Edição Links, slides, notas de aula, listas de exercícios e ferramentas na página do curso Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 6 / 30

7 Critério de Avaliação Provas Duas provas de mesmo peso: Reposição: toda a matéria M p = P 1 + P 2 2 Trabalhos Três trabalhos pequenos de implementação: T1 : programa de conversão entre bases T 2 : programa de representação em ponto flutuante T3 : crivo de Eratóstenes em linguagem de montagem Cada um vale 1,0 ponto na média final Média Final 0, 7 M p + T 1 + T 2 + T 3 Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 7 / 30

8 Calendário (Sujeito a Alterações) Março 11 Apresentação do Curso 13 Histórico 18 Conceitos básicos; medidas de desempenho 20 Bases numéricas 25 Conversões entre bases 27 Aritmética binária e hexadecimal Abril 01 Sinal e Magnitude; Representação em Excesso 03 Sexta-feira Santa 08 Complemento a Um e Dois; Estouro 10 Aula de laboratório: Representações de Inteiros 15 Representação em Ponto Flutuante 17 Aula de laboratório: Ponto Flutuante 22 Representação de dados não-numéricos 24 Memória Principal: organização e conceitos 29 Memória Principal: barramentos e registradores Maio 01 Dia do Trabalho 06 Memória Principal: operações e cache 08 Tipos de instruções e endereçamento 13 P1 15 Vista (P1); Ciclo de execução; intr ao pipeline 20 UCP: conceitos e componentes 22 UCP: unidade de controle 27 UCP: unidade lógica-aritmética 29 UCP: construindo um caminho de dados Junho 03 UCP: ciclo único vs multi-ciclo 05 Corpus Christi (Recesso) 10 UCP: implementando um pipeline 12 Linguagem de Montagem 17 Aula de laboratório: linguagem de montagem 19 Noções de compilação, montagem, etc 24 E/S: dispositivos típicos e barramentos 26 E/S: métodos de transferência de dados Julho 01 Arquiteturas RISC vs CISC 03 Dúvidas 08 P2 10 VR (se necessária) 15 Vista de Prova (P2, VR) 17 VS (se necessária) Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 8 / 30

9 Datas e Informações sobre os Trabalhos Documentos de especificação já estão na página da disciplina Mas trabalhos dependem de matérias vistas em aula Primeiro trabalho depende da aula de 25/03 Segundo trabalho depende da aula de 15/04 Terceiro trabalho depende da aula de 12/06 Todos os trabalhos terão prazo de entrega de 4 semanas após a aula da respectiva matéria Primeiro trabalho: entrega até 22/04 Segundo trabalho: entrega até 13/05 Terceiro trabalho: entrega até 10/07 Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 9 / 30

10 Datas e Informações sobre os Trabalhos (Mais) Os trabalhos deverão ser entregues por (dpassos@icuffbr) Deverão conter todo o código fonte necessário para compilação Os prazos de entrega sempre contam até as 22:00 Os trabalhos podem ser feitos em grupos de até 4 integrantes Os integrantes do grupo devem ser identificados no Dúvidas podem ser tiradas em sala de aula ou por Os prazos de 4 semanas a partir da aula da respectiva matéria não serão estendidos Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 10 / 30

11 Visão Geral da Matéria Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 11 / 30

12 Computação e Camadas de Abstração Aplicações Bibliotecas SO Hardware Computação é baseada em níveis de abstração Tornam problemas/sistemas complexos mais simples/tratáveis Cada nível oferece serviços aos superiores Níveis superiores montam serviços maiores Entre dois níveis adjacentes, existe uma interface Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 12 / 30

13 Computação e Camadas de Abstração (Mais) Aplicações Bibliotecas SO Hardware Considere um software de aplicação, por exemplo: Escrito em linguagem de alto-nível (Java, Pascal, C, ) Inclui chamadas a funções de bibliotecas Algumas funcionalidades requerem o auxílio do SO No nível mais baixo, tudo é executado de fato no hardware Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 13 / 30

14 Visão Geral da Matéria Boa parte das disciplinas de computação do curso de SI se preocupam com aspectos de software Programação básica, estrutura de dados, engenharia de software, Nesta disciplina, estudaremos o hardware Como o computador funciona? Como a informação é representada/processada? Como ela é armazenada? Como código de alto nível é executado? Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 14 / 30

15 Nível de Profundidade O hardware de um computador moderno é um sistema bastante complexo Podemos estudá-lo em vários níveis: Macro-componentes Portas lógicas Eletrônica Neste curso, o foco é no nível de macro-componentes Consideraremos abstrações como um bit da memória, um multiplexador, um somador, um registrador, Sem nos preocuparmos em como estes componentes são implementados Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 15 / 30

16 Nível de Profundidade (Mais) Nos preocuparemos com a maneira pela qual estes componentes são conectados Veremos também que há várias formas de alcançar um mesmo objetivo Nem sempre há uma definitivamente melhor que as outras Será preciso discutir as vantagens e desvantagens Analisar o que é melhor para um caso específico Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 16 / 30

17 Importância da Disciplina Por que devemos estudar Arquiteturas de Computadores? Existem diversos motivos: Grande variabilidade de plataformas Rápida evolução Impacto no desempenho do software Impacto no comportamento do software Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 17 / 30

18 Variabilidade de Plataformas Todos os computadores são iguais? Não! Existe uma enorme variabilidade de tipos de computadores Eles variam em vários aspectos: Classe de aplicação Recursos Família/Arquitetura Modelo Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 18 / 30

19 Variabilidade de Plataformas: Classes de Aplicação Podemos dividir os computadores modernos em três classes: Computadores Pessoais Desktops, laptops, Geralmente, usados por um único usuário por vez Rodam navegadores, editores de texto, imagens, Servidores Servidores web, de , mainframes, supercomputadores, Suportam grandes cargas de trabalho Normalmente, diversos usuários simultâneos Ênfase em confiabilidade e paralelismo Dispositivos Embarcados Computadores automotivos, smartphones, roteadores, Número enorme de aplicações Hoje, são praticamente ubíquos Normalmente, rodam poucas aplicações específicas e relacionadas Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 19 / 30

20 Variabilidade de Plataformas: Classes de Aplicação (Exemplos) Servidor Computador Pessoal Dispositivo Embarcado Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 20 / 30

21 Variabilidade de Plataformas: Classes de Aplicação (Popularidade) Fonte: Patterson e Hennessy Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 21 / 30

22 Variabilidade de Plataformas: Classes de Aplicação (Mais) Cada classe possui seus requisitos Confiabilidade Escalabilidade Tempo de resposta Consumo energético Tamanho Preço Profissionais de TI devem ser capazes de entender estes requisitos e escolher um hardware capaz de atendê-los Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 22 / 30

23 Variabilidade de Plataformas: Outras Diferenças Mesmo para uma dada classe de aplicações, existem outras diferenças entre os computadores Computadores podem diferir em termos de família/arquitetura: eg, x86 vs PowerPC Ou também em relação aos recursos disponíveis: eg, muitos núcleos vs clock mais alto Diferenças podem ser relevantes para certos cenários Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 23 / 30

24 Impacto no Desempenho do Software O hardware tem impacto óbvio no desempenho do software Um processador com clock mais alto normalmente executa programas mais rapidamente Mas existem vários outros fatores mais sutis Organização da memória Tamanho da palavra Grau de paralelismo Dado um hardware específico, há maneiras específicas de se escrever software otimizado Dado um software específico, há hardwares mais adequados Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 24 / 30

25 Impacto no Funcionamento do Software O impacto do hardware no software não está confinado ao desempenho Muitas vezes, um mesmo programa se comporta de formas diferentes em hardwares diferentes Exemplos de fatores relevantes: Ordem de bytes Representação de números em ponto flutuante Não levar em conta estes fatores pode resultar em comportamentos inesperados/errados Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 25 / 30

26 Velocidade de Evolução A computação (eletrônica) é uma área relativamente recente Desde o final da década de 1940 No entanto, a evolução tem ocorrido de forma muito rápida Fonte: Patterson e Hennessy Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 26 / 30

27 Velocidade de Evolução (Mais) A evolução não é apenas quantitativa Memória maior Clock mais alto Ocorrem também evoluções tecnológicas/arquiteturais Memória cache Múltiplos núcleos SSDs Ser capaz de acompanhar a evolução é fundamental Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 27 / 30

28 Importância da Disciplina: Resumo Para a enorme maioria das funções desempenhadas por profissionais de SI, ter algum nível de conhecimento de Arquiteturas de Computadores é fundamental Conhecimentos são requeridos em diversas áreas: Desenvolvimento de software Suporte Gerenciamento de processos Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 28 / 30

29 Conhecimentos Esperados Ao final desta disciplina, espera-se que o aluno: Conheça os principais macro-componentes de uma arquitetura de computadores Entenda como estes componentes se comunicam Entenda como informações são armazenadas e processadas Saiba que aspectos do hardware determinam ou influenciam o desempenho Como programas são executados no hardware Saiba avaliar qual a melhor arquitetura para um dado tipo de aplicação Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 29 / 30

30 Próxima Aula Faremos um histórico sobre a evolução dos computadores Primeiros computadores Tecnologias empregadas ao longo dos anos Onde estamos hoje? Diego Passos (UFF) Apresentação do Curso FAC 30 / 30