ARQUITETURA DE COMPUTADORES

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1 ARQUITETURA DE COMPUTADORES Aula 02: Conceitos Básicos

2 Conceitos Básicos Conceitos fundamentais: dado, informação e processamento de dados Conceitos de algoritmo, algoritmo ótimo, hardware. Software e firmware. Arquitetura von Neumann. Unidade de representação de dados: bit e byte; Unidades de grandeza: KB, MB, GB, TB e outras.

3 Arquitetura, Organização, Hardware Arquitetura: Tem a ver com os atributos do sistema visíveis ao programador, os que influenciam a execução lógica do programa (exemplo: conjunto de instruções); Organização: Tem a ver com a forma pela qual as unidades operacionais se interligam para cumprir aquilo que é exigido pela arquitetura. O computador terá uma instrução multiplique? -> Arquitetura. Ela será implementada por um circuito multiplicador ou por um conjunto de somas sucessivas? -> Organização. Hardware: Conjunto de componentes físicos; Software: Conjunto de componentes lógicos.

4 Disciplina: Organização de Computadores Arquitetura Digital Hardware de Computadores... Melhor: Como funciona o computador.

5 O que faz um computador? Escreve

6 O que faz um computador? Escreve Toca música

7 O que faz um computador? Escreve Toca música Mostra fotos e desenhos

8 O que faz um computador? Escreve Toca música Mostra fotos e desenhos Passa filmes

9 O que faz um computador? Escreve Toca música Mostra fotos e desenhos Passa filmes Navega na Internet

10 O que faz um computador? Escreve Toca música Mostra fotos e desenhos Passa filmes Navega na Internet e mais um mundo de coisas (planilhas, bate-papo )

11 ou, resumindo Processa dados

12 Porém, o que são dados? Dados são a matéria prima de que é feita a informação. Relação com o nome e idade de cada aluno da sala -> conjunto de dados. Quociente da soma das idades pelo número de alunos (idade média dos alunos) -> Informação (tomada de decisão)

13 e processar? Processar significa transformar, submeter a um processo. Entram Dados saem Informações

14 Quem (ou o que) processa?

15 Quem (ou o que) processa? E/S: Dispositivos de Entrada/Saída MP: Memória Principal UCP: Unidade Central de Processamento Barramento

16 Ações básicas do processamento Controlar (as três ações seguintes); Mover dados (de e para) a UCP: Sinais ou pulsos de corrente elétrica. Armazenar (resultados intermediários e finais): Células de memória (circuito eletrônico seqüencial). Processar (transformar através de operações elementares aritméticas e lógicas): Portas lógicas (circuito eletrônico combinatório).

17 portanto: Todo computador nada mais é que um conjunto de portas lógicas (feitas de transistores) e células de memória (também feitas de transistores) interligados por condutores elétricos. Como pode? Para entender, precisamos relembrar alguns conhecimentos de matemática e lógica...

18 Algoritmo: Um algoritmo é uma sequência finita de procedimentos bem definidos e não ambíguos, cada um dos quais pode ser executado num período de tempo finito e com uma quantidade de esforço finita.

19 Exemplo de algoritmo simples

20 Algoritmo ótimo: O Limite inferior g de um problema P é uma função tal que a complexidade (no pior caso), de qualquer algoritmo que resolva o problema P está limitada inferiormente, assintoticamente, pela função g. Denota-se por Omega(g) a classe de funções limitadas inferiormente por g. Qualquer algoritmo com complexidade O(g) é chamado de ótimo (sempre em relação a algum problema P). Note que o algoritmo ótimo está limitado superiormente e inferiormente por g.

21 No popular : Um algoritmo é dito ótimo em relação a um problema quando apresenta a menor complexidade dentre todos os possíveis algoritmos que resolvem o referido problema.

22 Programa de computador: um conjunto de instruções encadeadas executadas em uma dada seqüência para atingir um objetivo determinado. Logo: Um programa de computador não passa da aplicação de um algoritmo que informa ao computador os passos específicos para atingir o objetivo e a ordem em que devem ser executados.

23 O sistema binário e o computador Sistema binário usa apenas dois algarismos, zero e um. Computador é constituído de circuitos eletrônicos e elétricos que trabalham com grandezas que, na maioria das vezes, assumem dois estados mutuamente exclusivos: Lâmpadas/LEDs: acesos ou apagados; Capacitores: carregados ou descarregados; Interruptores: abertos ou fechados; Circuitos: energizados ou não energizados; Portanto: um estado pode representar zero, outro um (além do que pode-se estabelecer limiares para grandezas que variam linearmente, como tensões)

24 Hardware, software, firmware. O hardware, ou circuitaria é a parte física do computador, o conjunto de circuitos impressos, componentes eletrônicos, circuitos integrados, placas controladoras, que se comunicam eletricamente e interagem para fazerem a máquina funcionar. Placas, componentes, dispositivos de E/S são exemplos de hardware. Software é o conjunto formado pelos programas ou rotinas de programação e os dados a eles correlatos que fornecem ao computador as instruções sobre o que fazer ou como fazer. Programas de computador e sistemas operacionais são exemplos de software. Firmware é o conjunto de programas e/ou estruturas de dados que controlam internamente diversos dispositivos como calculadoras, controles remotos, etc. Em geral o firmware vem gravado em circuitos de memória permanente (ou, modernamente, memória tipo flash ). As rotinas do sistema básico de entrada e saída (BIOS) de computadores pessoais são um exemplo típico de firmware.

25 Representação de dados: Dígitos binários( Binary digits ou Bits): zero / um; Números expressos em binário: conjunto de bits; Maior número expresso com: Quatro bits: = Oito bits: = Dezesseis bits: = Trinta e dois bits: = Padronização: adotada em 1967, atualizada em 1986: Byte: número que pode ser expresso em binário com até oito bits (256 valores variando de zero a 255)

26 Por que padronizar em oito bits? Conseqüência de: A maioria dos computadores da época usavam posições de memória de oito células de um bit cada; Com oito bits era possível exprimir todos os caracteres usados pelo idioma inglês, a maioria dos caracteres acentuados usados pelos idiomas europeus, além de alguns símbolos gráficos e sinais de controle.

27 Bytes e seus múltiplos: Byte = 8 bits (0 255 ) Quilobyte: KB = bytes ( = = [2 10 ] 10 ) Megabyte: MB = KB = bytes Gigabyte: GB = MB = bytes Terabyte: TB = GB = bytes Petabyte: PB = TB = bytes Exabyte: EB = PB = bytes

28 ARQUITETURA DE COMPUTADORES Aula 02: Conceitos Básicos