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PUCC 1 Organização e Arquitetura de Computadores.

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Apresentação em tema: "PUCC 1 Organização e Arquitetura de Computadores."— Transcrição da apresentação:

1 PUCC 1 Organização e Arquitetura de Computadores

2 PUCC 2 Agenda - Aula 01 Computador Programas Elementos básicos da máquina Máquina multinível Evolução dos computadores

3 PUCC 3 Computador Digital Máquina capaz de resolver problemas através da execução de instruções que lhe são passadas. Os circuitos eletrônicos do computador executam um conjunto limitado de instruções simples: adição, subtração, deslocamento, OR, AND.

4 PUCC 4 Computador Digital Vídeo Memória Programas + Dados E/S Buffers Teclado CPU Execução das instruções de um programa CPU Execução das instruções de um programa

5 PUCC 5 Computador Digital Vídeo Memória Programas + Dados E/S Buffers Reg. ALU PC IR AC MAR MBR oUnid. processamento oUnid. controle Teclado

6 PUCC 6 Programa Seqüência de instruções que mostra como executar uma determinada tarefa. Pode ser escrita em uma linguagem específica. Por exemplo: - Some dois números. - Imprima “positivo” se o resultado for > 0. - Imprima “negativo” se o resultado for < 0.

7 PUCC 7 Programa Solução Computador Programa Problema Qual a linguagem que o computador entende?

8 PUCC 8 Programa Cada instrução deve ser executada pela máquina na qual o programa está instalado. Apenas algumas linguagens contém instruções que podem ser diretamente executadas. Computador executa um conjunto limitado de instruções simples: adição, subtração, deslocamento, OR, AND. Os programas são convertidos nestas instruções antes de serem executados.

9 PUCC 9 Programa Os programas cujas instruções não podem ser diretamente executadas devem ser compilados ou interpretados para a linguagem que permita a execução direta de suas instruções. Tradução e Execução

10 PUCC 10 Programa Faça isto e aquilo Máquina linguagem não executável programa fonte linguagem executável programa objeto Compilação Execução dados entrada saída

11 PUCC 11 Programa Faça isto e aquilo Máquina Compilação Interpretação O processo de compilação traduz todo o programa fonte para um programa objeto. A interpretação traduz comando a comando do programa fonte, que são executados à medida que são traduzidos.

12 PUCC 12 Programa Máquina dados entrada saída O processo de execução de um programa envolve: Executar cada instrução do programa objeto. Obter os dados necessários para a computação. Produzir as saídas resultantes da computação.

13 PUCC 13 Elementos Básicos da Máquina Memória Unidade aritmética e lógica Unidade de controle Barramento Dispositivos de entrada e saída

14 PUCC 14 Elementos Básicos da Máquina O sistema no qual o programa será executado deve ser capaz de: Armazenar o programa e os dados utilizados na computação. Localizar cada instrução e identificar a ação que deve ser realizada. Executar a ação, possivelmente obtendo, transformando e armazenando dados. Comunicar-se com outros dispositivos (entrada e saída).

15 PUCC 15 Memória Aritmética e Lógica Dispositivos Controle Canais de Comunicação Elementos Básicos da Máquina O sistema no qual o programa será executado deve ser capaz de: Armazenar o programa e os dados utilizados na computação. Localizar cada instrução e identificar a ação que deve ser realizada. Executar a ação, possivelmente obtendo, transformando e armazenando dados. Comunicar-se com outros dispositivos (entrada e saída).

16 PUCC 16 Máquina Multinível Swap (int v[], int k) {int temp: temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp; } Linguagem C swap: muli $2, $5, 4 add $2, $4, $2 lw $15, 0($2) lw $16, 4($2) sw $16, 0($2) sw $15, 4($2) jr $31 Linguagem Assembly Código Executável

17 PUCC 17 Máquina Multinível Uma máquina pode ser vista como tendo vários níveis, cada um capaz de executar um conjunto de instruções específicas. Isto é, cada nível possui linguagens apropriadas para descrever as instruções que nele podem ser executadas. MÁQUINA VIRTUAL A maioria dos computadores possui dois ou mais níveis. Descreveremos a organização de uma máquina de seis níveis.

18 PUCC 18 Máquina Multinível lógica digital microprogramação máquina convencional sistema operacional linguagem de montagem linguagem orientada a problemasNível 5: Nível 0: Nível 1: Nível 2: Nível 3: Nível 4: dispositivos Executados Diretos pelo Hardware Interpretação (Microprograma) Tradução (Compilador) Tradução (Montador) Interpretação Parcial (SO)

19 PUCC 19 Máquina Multinível lógica digital microprogramação máquina convencional sistema operacional linguagem de montagem linguagem orientada a problemas dispositivos Formado pelos transistores individuais Tensão, corrente, circuitos, etc.

20 PUCC 20 Máquina Multinível lógica digital microprogramação máquina convencional sistema operacional linguagem de montagem linguagem orientada a problemas dispositivos Portas lógicas e CI. Implementam a manipulação de sinais executando funções lógicas básicas: AND, OR, NOT, deslocamento de bits, etc. soma vai um

21 PUCC 21 Máquina Multinível lógica digital microprogramação máquina convencional sistema operacional linguagem de montagem linguagem orientada a problemas dispositivos Microinstruções constituem de microprogramas que controlam a entrada e saída de sinais para os vários dispositivos e controlam as várias portas lógicas. Instruções binárias.

22 PUCC 22 Máquina Multinível lógica digital microprogramação máquina convencional sistema operacional linguagem de montagem linguagem orientada a problemas dispositivos Comandos para executar funções específicas da máquina: formato de instruções endereçamento, interrupções, dependente da arquitetura utilizada. MOV 0 ACC; ADD 03FC;

23 PUCC 23 Máquina Multinível lógica digital microprogramação máquina convencional sistema operacional linguagem de montagem linguagem orientada a problemas dispositivos Comandos para executar funções específicas da máquina: Gerenciamento de tarefas, Sistema de arquivos, Memória virtual e paginação.

24 PUCC 24 Máquina Multinível lógica digital microprogramação máquina convencional sistema operacional linguagem de montagem linguagem orientada a problemas dispositivos Assembler MOV 0 ACC; MOV 0 R1;... GTO A R1 Cada comando corresponde exatamente a uma instrução a ser executada. Utiliza-se mnemônicos e endereços simbólicos.

25 PUCC 25 Máquina Multinível lógica digital microprogramação máquina convencional sistema operacional linguagem de montagem linguagem orientada a problemas dispositivos C, C++, Pascal, Cobol Aux:= 0; do print(Aux); Aux:= Aux + 1; while Aux <= 10;

26 PUCC 26 Evolução dos Computadores GERAÇÃO ZERO Anos 30 –Máquinas mecânicas ou baseadas em relés dificuldade de construção pouca exatidão –1 nível: nível de lógica digital –Exemplos: Zuze - Z1 –Primeira máquina calculadora a relés Governo Britânico - Colossus –Primeiro computador eletromecânico

27 PUCC 27 Evolução dos Computadores PRIMEIRA GERAÇÃO - Anos 40 –Válvulas com processadores Caras, lentas, queimavam com facilidade –ENIAC, UNIVAC –2 níveis: nível convencional nível de lógica digital –Exemplos: Eckert/Mauchkley - Eniac 1 –A História do computador moderno começa aqui!

28 PUCC 28 Evolução dos Computadores SEGUNDA GERAÇÃO - Anos 50 –Transistores menores, mais baratos, rápidos, duráveis –3 níveis: nível de montadores (assembly) nível de máquina convencional nível de lógica digital –Exemplo: Von Neumann - IAS –Modelo da maioria das máquinas atuais.

29 PUCC 29 Evolução dos Computadores TERCEIRA GERAÇÃO - Anos 60 –Circuitos Integrados (CI`s) –4 níveis: nível de montadores/compiladores nível de sistema operacional nível de máquina convencional nível de lógica digital –Exemplos: DEC - PDP 11 –Primeiro minicomputador (50 unidades vendidas) IBM –Primeira linha de produtos projetada como uma família.

30 PUCC 30 Evolução dos Computadores QUARTA GERAÇÃO - Anos 70 –Microprocessadores/ Mem. semicondutora VLSI Very Large Scale Integration –5 níveis: nível de montadores/compiladores nível de sistema operacional nível de máquina convencional nível de microprogramação nível de lógica digital –Exemplos: Intel –Primeira CPU de uso geral em um chip.

31 PUCC 31 Evolução dos Computadores QUINTA GERAÇÃO - Anos 80 –Máquinas RISCs Crise do Software Linguagem C –4 níveis: nível de montadores/compiladores nível de sistema operacional nível de máquina convencional nível de lógica digital –Exemplos: RISC, MIPS, Sparc.

32 PUCC 32 Evolução dos Computadores Crise do Software –Diminuição do preço de hardware Aumento do preço relativo do software –Dificuldades em achar programadores Aumento do preço absoluto do software –Aumento da complexidade dos sistemas Impulsionou linguagens de alto nível Gap semântico Melhoria da tecnologia dos compiladores

33 PUCC 33 Evolução dos Computadores... Anos 90 –Arquiteturas Superescalares –Arquiteturas VLIW ou EPIC (Explicit Parallel Instruction Coding, ex: Merced IA64 da Intel) –Arquiteturas Superpipeline –3 níveis nível de sistema operacional nível de máquina convencional nível de lógica digital –Exemplos: Pentium, Alpha, Power.

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