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Arquitetura de Computadores Alexandre José Braga da Silva Universidade Federal de Alagoas – UFAL Programa Multidisciplinar de.

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Apresentação em tema: "Arquitetura de Computadores Alexandre José Braga da Silva Universidade Federal de Alagoas – UFAL Programa Multidisciplinar de."— Transcrição da apresentação:

1 Arquitetura de Computadores Alexandre José Braga da Silva Universidade Federal de Alagoas – UFAL Programa Multidisciplinar de Mestrado em Modelagem Computacional do Conhecimento

2 Arquitetura de Computadores Apresentação Um breve histórico Organização de Sistemas de Computadores Processamento e Armazenagem Estrutura de Dados Dinâmicos Hierarquia de Memória Memória Virtual Arquitetura de Memória e o Software Científico

3 Arquitetura de Computadores Um breve Histórico Com o advento da computação surgiram centenas de projetos de computadores diferentes. A maioria já foi esquecida mas alguns tiveram um impacto significativo nos projetos mais modernos (Tanenbaum,1992). Com base nesta evolução é possível definir gerações de computadores:

4 Arquitetura de Computadores Um breve Histórico 1ª Geração – Válvulas ( ) Colossus e ENIAC (2ª Guerra Mundial) Máquina de von Neumann 2 ª Geração – Transistores ( ) TX-0 (MIT) PDP-1 (DEC) IBM 7090 e 7094 (início da computação científica)

5 Arquitetura de Computadores Um breve Histórico 3ª Geração – Circuitos Integrados ( ) System/360 da IBM (Multiprogramação) PDP-11 (DEC) 4ª Geração – PCs e VLSI (1980-atualidade) Família INTEL e IBM PC-AT Família Motorola modelo Processadores de 32 e 64 bits Processadores para dispositivos móveis

6 Arquitetura de Computadores Um breve Histórico Um computador pode ser visualizado como uma máquina de níveis (camadas). Níveis iniciais: 0 – Nível de Hardware 1 – Nível de Sistema Operacional Sistema Operacional  Interage com o hardware e com outros softwares simplificando a interação com o usuário da máquina.

7 Arquitetura de Computadores Um breve Histórico A maioria dos computadores de hoje possui uma estrutura básica de camadas, podendo ter um número maior ou menor delas. Aplicações Utilitários Sist. Operacional Ling. de Máquina Microprogramação Circuitos Eletrônicos Fig.1 – Máquina de níveis Fonte: Machado e Maia, 1992

8 Arquitetura de Computadores Organização de Sistemas de Computadores A arquitetura básica de um computador contém pelo menos os seguintes componentes interconectados: Processador (CPU) Memórias (Volátil e não volátil) Dispositivos de Entrada/Saída (barramentos de I/O)

9 Arquitetura de Computadores Organização de Sistemas de Computadores Unidade de Controle Fig.2 – Arquitetura simplificada de um computador Fonte: Tanenbaum,1992 Unidade Lógica e Aritmética (ALU) Registradores Memória Principal Disco Outros Dispositivos Dispositivos de E/S

10 Arquitetura de Computadores Organização de Sistemas de Computadores Fig.3 – Arquitetura mais detalhada de um computador Fonte: Oliveira e Stewart,2006

11 Arquitetura de Computadores Processamento e Armazenagem Um processador é um circuito elétrico contendo milhões de transistores (chaves que realizam operações lógicas do tipo AND, OR, NOT) Contador de Programa  Registrador usado para percorrer o programa em execução.

12 Arquitetura de Computadores Processamento e Armazenagem Pilha – Armazena dados na memória. Inteiros, ponteiros e números de ponto flutuante em registradores e grandes objetos como estruturas em pilhas. Memória – Armazena programas e dados. Ponteiro de Pilha – Indica o topo da pilha. Registradores – Acessam a memória e o barramento de dados

13 Arquitetura de Computadores Processamento e Armazenagem Pilhas (LIFO)  Estruturas básicas de dados P1: 1 P2: P3: P4: P5: Tempo  Fig.4 – Pilha de dados em função do tempo. Fonte: Tanenbaum, 1992

14 Arquitetura de Computadores Processamento e Armazenagem Bit  Unidade básica de memória (0,1) 1001 Considere o número 1944 em decimal e binário puro, com 16 bits em cada um Decimal: Binário: Byte  Grupo de 8 bits  2 3 =8 Em 1Byte  2 8 =256 combinações até

15 Arquitetura de Computadores Estrutura de dados dinâmicos Possuem inserção (i) e remoção (r) de elementos. Estruturas de dados dinâmicos mais comuns: Pilhas  lista linear com i e r em apenas um extremo Filas  lista linear com i e r nos extremos opostos Árvores  conjunto finito de elementos disjuntos onde cada A i é uma árvore

16 Arquitetura de Computadores Estrutura de dados dinâmicos Árvores binárias admitem operações de: Busca, mínimo, máximo, predecessor e sucessor Exemplos de árvore binária

17 Arquitetura de Computadores Hierarquia de memória Classificação dos tipos de memória em função do seu desempenho Tamanho x velocidade de acesso - Custo por byte  - velocidade de acesso + custo por byte  + velocidade de acesso

18 Arquitetura de Computadores Hierarquia de memória

19 Arquitetura de Computadores Memória virtual Recurso de hardware+software: 1.Relocação  Assegura que cada processo tenha seu próprio endereçamento. 2.Proteção  Impede que um processo use memória que não lhe pertence 3.Paginação  Permite a aplicação usar mais memória do que realmente existe.

20 Arquitetura de Computadores Memória virtual Dois tipos principais: Paginação  memória física é dividida em blocos de bytes contíguos chamados page frames de 4Kb (32 e 64 bits) ou 8 Kb (RISC). O espaço de memória de um processo é dividido em páginas que são fisicamente armazenadas nas molduras e possuem o mesmo tamanho destas. Windows  Até 4Gb (até 16 arquivos de paginação com 4.095Mb) Linux  Até 4Gb de memória virtual (1.024 Mb para o kernel e 3Gb para os programas)

21 Arquitetura de Computadores Memória virtual Dois tipos principais: Segmentação  Vários espaços de endereçamento para cada aplicação. Segmento = par ordenado (onde o deslocamento é a posição do byte dentro do segmento Aplicação vê: Mas na verdade temos: Outro programa Disco

22 Arquitetura de Computadores Memória virtual Endereço virtual Processador Memory Management Unit (MMU) Tabelas de páginas Sistema Operacional

23 Arquitetura de Computadores Arquitetura de Computadores e o Software Científico ?

24 Arquitetura de Computadores Apenas uma curiosidade Um exemplo extremo de paralelismo: Para renderizar as belas cenas do filme Avatar, em uma fazenda de servidores, foram usados nada menos do que PCs, cada um com 2 processadores Xeon de 4 núcleos e 24 GB de RAM ( núcleos e mais de 102 TB de RAM).

25 Dúvidas? Críticas? Sugestões? Alexandre José Braga da Silva


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