Arquitetura de Computadores Prof. Kleber Manrique Trevisani

Apresentação em tema: "Arquitetura de Computadores Prof. Kleber Manrique Trevisani"— Transcrição da apresentação:

1 Arquitetura de Computadores Prof. Kleber Manrique Trevisani kleber@ifsp.edu.br

2 Arquitetura de Computadores Introdução 2

3 “Computação não é mais sobre comutadores. É sobre viver... Temos visto computadores se moverem para fora de grandes salas com ar condicionado para nossos gabinetes, depois para nossas escrivaninhas e agora para os nossos colos e nossos bolsos. Mas isto não é o final... Como uma força da natureza, a era digital não pode ser negada nem interrompida... A supervia da informação pode ser bastante exagerada hoje, mas ela é uma indicação do amanhã. Ela irá existir além das previsões mais desvairadas das pessoas... Não estamos aguardando nenhuma invenção. Está aqui. É agora. Ela é quase genética em sua natureza, no sentido de que cada geração se tornará mais digital que sua antecessora.” - Nicolas Negroponte, professor de mídia tecnológica no MIT 3

4 Introdução (2) Maioria das pessoas envolvidas com computação trabalham desenvolvendo programas de computador e não hardware Então porque estudar Arquitetura de Computadores? – Para otimizar um programa de computador é necessário entender como ele é executado – “Conserte seu carro despejando uma poção mágica no tanque de combustível?” 4

5 Introdução (3) Outras motivações para estudar Arquitetura de Computadores – Desenvolvimento de compiladores – Projetar periféricos ou drivers – Modelar problemas complexos do mundo real (aritmética de ponto flutuante) – Interpretar e apresentar resultados de testes de desempenho (benchmarks) 5

6 Hardware X Software Princípio de equivalência de Hardware e Software: Qualquer coisa que possa ser feita com software pode ser feita com hardware, e qualquer coisa feita com hardware também pode ser feita com software. – Implementações em hardware são geralmente mais rápidas – Implementações em hardware podem ser mais econômicas e funcionais para o usuário quando produzidas em larga escala 6

7 Hardware x Software (2) Computadores de propósito especial podem ser projetados para realizar qualquer tarefa – MP3 Players – Simuladores de Vôo – Jogos (ex: Tetris, Tamagochi) Programas podem realizar tarefas de computadores de propósito especial – Simuladores do Vôo – Jogos 7

8 Sistema Computacional No nível mais básico, um computador é um dispositivo que consiste de três partes: – Um processador para interpretar e executar programas – Uma memória para armazenar dados e instruções – Mecanismos para transferir dados entre o computador e o mundo externo E se um estudante fosse um computador? 8

9 Estudante x Computador Processador Memória Dispositivo de E/S (Entrada e Saída) 9

10 Sistema Exemplo PROMOÇÃO!!! Computador Ultrapassado Barato, Barato!!! Pentium 4 2.0 GHz DDR SDRAM 400MHz 256 MB Cache L1 32 KB, cache L2 256 KB Disco Rígido 80GB serial ATA (7200 RPM) 8 portas USB, 1 porta serial, 1 porta paralela Monitor 19”,.24mm AG, 1280x1024 a 75Hz Unidade CD-RW 48x Placa de vídeo 128MB PCI Express Fax/Modem 56K PCI Placa de som 64-bit PCI Ethernet 10/100 integrada 10

11 Arquitetura de Computadores Medidas de Grandezas em Computação 11

12 Medidas de Grandeza A menor unidade de medida é o bit (b) – Binary Digit Um bit pode ter apenas dois valores: 0 ou 1 – Ligado (1) ou Desligado (0) – Verdadeiro (I) ou Falso (0) Qualquer número pode ser representado com 0 e 1- Exemplo: 01000001 2 = 65 10 Um byte (B) é equivalente a um conjunto de oito (8) bits 12

13 Prefixos de Medidas 13

14 KMGTPKMGTP Valores dos Prefixos Base 10 (1000) – 1 KB =1000 bytes (10^3) – 1 MB = 1000000 bytes(10^6) – 1 GB = 1000000000 bytes (10^9) Base 2 (1024) – 1 KB =1024 bytes (2^10) – 1 MB =1048576 bytes (2^20) – 1 GB = 1073741824 bytes (2^30) 14 x ÷

15 Prefixo de Medidas (2) Em 1960 foi decidido que os mesmos nomes de prefixos poderiam ser utilizados para potências na base 2 e na base 10. – I KB = 1000 = 1 kilobyte (SI) – I KB = 1024 = 1 kilobyte Resultado? Confusão! – 1 kilo significa 1000 (base 10) ou 1024 (base 2)? – Não existia solução definitiva para a confusão, mas aceitavam-se “padrões de uso” 15

16 Prefixo de Medidas (3) Base 10 é comumente utilizada para representar: – Energia (KW, MW, GW) – Frequência (ex: 40 MHz = 40 x 10 6 = 40.000.000 de Hertz – ciclos por segundo) – Taxa de transferência de dados (ex: 1 Mbps = 1 x 10 6 = 1.000.000 de bits por segundo) – Capacidade de armazenamento (ex: 50 GB = 50 x 10 9 = 50.000.000.000 de bytes) 16

17 Prefixos de Medidas (4) Base 2 é comumente utilizada para representar – Quantidade de dados em memória (ex: 3 KB = 3 x 2 10 = 4096 bytes) Para ambas as representações é importante notar – b (minúsculo) = bit Ex: Mb = Megabit – B (maiúsculo) = Byte Ex: MB = Megabyte 17

18 Prefixos ISO/IEC 80000 Prefixos exclusivos para representações na base 2 18

19 A Confusão continua... A capacidade de um disco rígido pode ser especificada na base 10 (SI), mas o sistema operacional (ex: Windows) pode apresentar a capacidade desse mesmo disco na base 2. 19

20 Descrição da Embalagem... A embalagem do drive descreve a capacidade de 160 x 10 9 bytes usando os prefixos SI 20

21 Gerenciador de Discos... A aplicação de gerenciamento de discos do Windows XP lista a capacidade de 160 x 10 9 bytes como 149,05 GB 21

22 Propriedades do Disco... As propriedades do drive do Windows XP apresenta a capacidade de 160×10 9 bytes como 152625 MB. 22

23 Exercícios a)Quantos milissegundos (ms) existem em 1 segundo? b)Quantos microssegundos (µs) existem em 1 segundo? c)Quantos nanosegundos (ns) existem em 1 segundo? d)Quantos microsegundos existem em 1 milissegundo? e)Quantos nanosegundos existem em 1 microssegundo? f)Quantos kilobytes (KB) existem em 1 gigabyte (GB)? g)Quantos kilobytes existem em 1 megabyte (MB)? h)Quantos megabytes existem em 1 gigabyte (GB)? i)Quantos bytes existem em 20 megabytes? j)Quantos kilobytes existem em 2 gigabytes? 23

24 Exercícios (2) a)Suponha que você quer transferir um arquivo de 100MB e a taxa de transferência média será de 1Mbps. Quanto tempo demorará para a transferência ser concluída? Caso a taxa de transferência fosse 1 Mibps, quanto tempo demoraria para a tranferência ser concluída? b)Um certo HD tem uma capacidade de 250 GB (SI – Base 10). Qual seria a capacidade desse mesmo HD caso fosse utilizado a notação ISO/IEC (Base 2)? c)Um HD consegue gravar dados a 16MB/s. Quanto tempo ele levará para gravar um arquivo de 700 MB? d)Qual seria a taxa de gravação do HD citado no item “c” se ela fosse representada em Mbps 24

25 Arquitetura de Computadores Conversão de bases numéricas 25

26 Sistema Binário 2 dígitos possíveis: 0 e 1 É possível escrever qualquer número utilizando 0 e 1 Sistema utilizado pelo computador – 1 = Tensão alta – 0 = Tensão baixa 26

27 Binário para Decimal 1001100 2 = 76 10 0 x 2 0 =0 0 x 2 1 =0 1 x 2 2 =4 1 x 2 3 =8 0 x 2 4 =0 0 x 2 5 =0 1 x 2 6 = 64 + 76 27

28 Decimal para Binário 76 10 = 1001100 2 28

29 Sistema Hexadecimal Hexa (6) + Decimal (10) = 16 dígitos possíveis – 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F A = 10 B = 11 C = 12 D = 13 E = 14 F = 15 Permitem representações numéricas menores – Ex: representar endereços de memória 29

30 Hexadecimal para Decimal 1DF 16 = 479 10 F x 16 0 =15 D x 16 1 =208 1 x 16 2 =256 + 479 30

31 Decimal para Hexadecimal 479 10 = 1DF 16 (Obs: 13 = D e 15 = F) 31

32 Sistema Octal Octal (8) = 8 dígitos possíveis – 0 1 2 3 4 5 6 7 – Atenção: O número 893 não pode ser octal devido aos dígitos 8 e 9 Foi muito utilizado em informática como uma alternativa mais compacta ao binário. – Atualmente o sistema hexadecimal é mais utilizado para essa finalidade 32

33 Octal para Decimal 764 8 = 500 10 4 x 8 0 =4 6 x 8 1 =48 7 x 8 2 =448 + 500 33

34 Decimal para Octal 500 10 = 764 8 34

35 Binário para Hexadecimal 1000110011110011 2 = 8CF3 16 1000 1100 1111 0011 8 C F 3 35

36 Binário para Octal 1000110011110011 2 = 106363 8 1 000 110 011 110 011 1 0 6 3 6 3 36

37 Arquitetura de Computadores Aritmética Binária 37

38 Bibliografia 1.NULL, L.; LOBUR, J. Arquitetura e Organização de Computadores. 2. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2010. 2.WIKIPEDIA. Binary Prefix. Disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/ Binary_prefix. Acesso em: 14 de Fev. 2012. 38