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TC – DEI, 2005/2006 » I THINK THERE IS A WORLD MARKET FOR MAYBE 5 COMPUTERS « Thomas Watson, Chairman of IBM, 1943.

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1 TC – DEI, 2005/2006 » I THINK THERE IS A WORLD MARKET FOR MAYBE 5 COMPUTERS « Thomas Watson, Chairman of IBM, 1943

2 Tecnologia dos Computadores 2005/2006 Paulo Marques

3 TC – DEI, 2005/2006 Alguma informação útil… Professor: Paulo Marques Gabinete D-2.5 Toda a informação da cadeira irá está na respectiva página (aceder por É essencial assinar a lista de discussão da cadeira: Enviar um mail para com: subscribe tcomp

4 TC – DEI, 2005/2006 Motivação … Programação e Algoritmos Matemática Teoria da Computação Sistemas Operativos Arquitectura de Computadores Redes de Dados Inteligência Artificial Bases de Dados Engenharia de Software MultimédiaSimulação Sistemas Distribuídos ………… … … … … CORPO DA INFORMÁTICA MODERNATECNOLOGIADAINFORMÁTICA

5 TC – DEI, 2005/2006 Tecnologia dos Computadores Objectivos Introduzir os principais conceitos subjacentes às diversas áreas da informática moderna Permitir obter uma noção global de como as diversas disciplinas se organizam e interrelacionam Introduzir os principais módulos de um computador moderno Fornecer os conceitos básicos de electrónica digital utilizados no desenho de computadores Essencial para as cadeiras de arquitectura de computadores que se seguem!

6 TC – DEI, 2005/2006 Programa Modelo de von Neumann Sistemas de numeração Introdução aos sistemas digitais Representação de dados Sistemas Operativos Redes de Dados Paradigmas das Linguagens de Programação Ficheiros & Bases-de-Dados Inteligência Artificial

7 TC – DEI, 2005/2006 Corpo da Informática Comunicação Aplicação Sistema Operativo Programação Hardware Information

8 TC – DEI, 2005/2006 von Neumann Charles Babbage John Backus Ada Lovelace Fred Brooks Edsger Dijkstra Alan Kay Donald Knuth Leslie Lamport Alan Turing Gödel Ken Thompson Seymour Cray Dennis Ritchie

9 TC – DEI, 2005/2006 Bibliografia Livro principal das teóricas [CSO]: Computer Science, An Overview 7th Edition, J. Glenn Brookshear ISBN , Addison-Wesley Livro auxiliar das teóricas [CSI]: Computer Science Illuminated Nell Dale & John Lewis ISBN , Jones and Bartlett Pub.

10 TC – DEI, 2005/2006 Funcionamento da disciplina Parte teórica Introdução aos diversos conceitos da informática, de forma abrangente Parte prática Componente laboratorial sobre Sistemas Digitais Fichas de trabalho publicadas todas as semanas ou de duas em duas semanas Cada ficha publicada uma semana antes da data da realização do trabalho É responsabilidade dos alunos ler e preparar os trabalhos antes da aula em questão

11 TC – DEI, 2005/2006 Avaliação Exame/Exame de Recurso: 15 valores (mínimo = 5 valores) Com consulta A nota não é assegurada para o exame de recurso Não é permitido o uso de calculadoras / portáteis Avaliação contínua na parte prática Total = 5 valores (mínimos = 2 valores) 3 valores trabalhos, avaliados no final da aula 2 valores TPCs Nota_TPCs = 2*(TPCs_Entregues/#TPCs)*(média normalizada de 2) Trabalho: Grupos de 2 alunos; TPCs: individuais

12 Modelo de von Neumann

13 TC – DEI, 2005/2006 Organização de um computador Existem três componentes principais: o CPU, a memória central e os periféricos Todos os componentes comunicam utilizando um (ou mais) BUS CPU Memória Central Periféricos Dados Endereços Controlo BUS

14 TC – DEI, 2005/2006 Arquitectura de von Neumann O computador executa uma sequência de instruções que actuam sobre dados. Tanto as instruções como os dados encontram-se em memória ALU (Unidade Aritmética e Lógica) Unidade de Controlo Dispositivos de Entrada/Saída Memória Comandos de Controlo Dados CPU

15 TC – DEI, 2005/2006 Fetch-Decode-Execute Toda a arquitectura de von Neumann é baseada no ciclo fetch-decode- execute Em cada ciclo de relógio: Vai-se buscar uma instrução à memória, de acordo com o valor do Program Counter (PC), colocando-se a mesma no Instruction Register (IR) Descodifica-se a instrução, verificando-se o que é que esta deverá fazer Executa-se a instrução propriamente dita (em IR) Instructions Data A B C

16 TC – DEI, 2005/2006 Modelo simples de um processador O processador contém a Unidade Aritmética e Lógica (ALU), e a Unidade de Controlo Existem dois registos especiais: IR (contém a instrução a executar) e PC (o contador de programa). Existem também registos de âmbito geral e registos especiais Processador ALUUnidade Controlo IR: Instruction Register PC: Program Counter R0: General Register 0 R1: General Register 0 … Memória BUS …

17 TC – DEI, 2005/2006 Como é que se adicionam dois números? Passo 1: Carregar o primeiro número de memória para um registo: MOV R1, [1000] Passo 2: Carregar o segundo número de memória para outro registo: MOV R2, [1004] Passo 3: Adicionar os números nos registos, colocando o resultado noutro registo: ADD R3,R1,R2 Passo 4: Colocar o resultado de novo em memória: MOV [1008],R3 z = x + y; [1000] [1004] [1008]

18 TC – DEI, 2005/2006 O que é uma instrução exactamente? ADD R3,R1,R opcode (ADD) param1 (R3) param2 (R1) param3 (R2) IR: opcode (ADD) param1 (R3) param2 (R1) param3 (R2) IR:

19 TC – DEI, 2005/2006 John von Neumann ( ) Matemático brilhante, inventor do conceito de stored-program e pai do computador moderno Na verdade, sabe-se que uma boa parte do trabalho foi feito pela equipa de JP Eckert (ENIAC), simplesmente von Neumann não colocou o nome dos outros autores no artigo original Desenhou a máquina IAS que se tornou o protótipo de virtualmente todos os computadores que se seguiram! Foi um dos homens a quem foi encarregue a construção da bomba atómica em Los Alamos Para saber mais:

20 TC – DEI, 2005/2006 A importância do BUS Front-side BUS

21 TC – DEI, 2005/2006 North & South bridges

22 TC – DEI, 2005/2006 Hierarquia de memória Princípio da localidade espacial: Se eu acedi a estes dados, é provável que aceda aos dados que estão próximos (e.g. uma imagem) Princípio da localidade temporal: Se eu acedi à pouco tempo a estes dados, é provável que lhes vá aceder dentro de pouco tempo Registos Cache Memória Central (RAM) Memória de Massa (Disco) ~128x 32bits ~512Kbyte ~512Mbyte ~60Gbyte Velocidade Preço Tamanho

23 TC – DEI, 2005/2006 Principais tipos de memórias num PC ROM: Read-Only Memory Memória apenas de leitura, programada de fábrica. Os dados não desaparecem quando é desligada da corrente. Tipicamente utilizada para implementar a BIOS (Basic Input Output System) nos computadores. Hoje em dia, é tipicamente utilizada EEPROM – Electrical Erasable ROM RAM: Random Access Memory Memória de leitura e escrita, de acesso aleatório É volátil: os dados desaparecem quando se desliga da corrente Tipicamente utilizada para implementar a memória central dos computadores. Existem muitas tecnologias: DDR, SDRAM, EDO... Massa Memória não volátil, de tecnologia mecânico-magnética Utilizada para armazenamento de grandes quantidades de dados

24 TC – DEI, 2005/2006 O cérebro – O CPU (1) Pentium 4 waffer Pentium 4 die, 42 milhões de transistores!

25 TC – DEI, 2005/2006

26 Lei de Moore Apenas quatro anos após o circuito integrado ter sido inventado, Moore disse que: O número de transístores que a industria irá colocar num circuito integrado duplicará todos os anos. A lei neste momento diz que são todos os 18 meses! A performance está directamente relacionada com o número de transístores num integrado (mas não só!) Infelizmente, as outras partes dos computadores (nomeadamente os discos), não acompanham esta evolução. Gordon E. Moore, Co-Fundador da Intel em 1968

27 TC – DEI, 2005/2006 Lei de Moore (2)

28 TC – DEI, 2005/2006 Quiz Que processador é este? O primeiro CPU! Intel 4004: 4 bits, 46 instruções 1971

29 TC – DEI, 2005/2006 Leitura para o próximo mês… The Computer: An Illustrated History Christian Wurster ISBN , TASCHEN, February 2002 Out of Their Minds: The Lives and Discoveries of 15 Great Computer Scientists Dennis Shasha, Cathy Lazere ASIN , Copernicus Books, July 1995

30 Uma Visão Sobre um PC Moderno

31 TC – DEI, 2005/2006 » COMPUTERS IN THE FUTURE MAY WEIGH NO MORE THAN 1.5 TONS « Popular Mechanics, 1949

32 TC – DEI, 2005/2006 Um exemplo: Compaq Presario 6640PT Processador Intel® Pentium® 4 – 2,4 GHz Chipset Intel® i845GE 533MHz Velocidade de bus 512 KB de cache de nível 2 Memória 256 MB DDR-SDRAM 333MHz, em dois DIMMs Armazenamento 60 GB Unidade de disco rígido Ultra DMA (5400 rpm) Unidade de DVD-ROM 16x + Gravador de CDs 48x 12x 48x Unidade de disquete de 3,5 - 1,44 MB Video/Audio ATI® Radeon 9000 c/ 64 MB de memória Solução integrada de som Comunicação Modem V92 56 kbps Interface de rede 10/100BT Interface IEEE 1394 Acessórios Teclado + Rato PS2 Ecrã plano de 17 Expansibilidade 5 baías de expansão 1 porta AGP 3 PCI (2 PCI livres) 6 portas USB 2.0 (2 frontais) 1 porta paralela 1 porta série (RS-232) 1 porta IEEE saída TV

33 TC – DEI, 2005/2006 Motherboard (ASUS P4S8X)

34 TC – DEI, 2005/2006 ASUS P4S8X Default Clock Speed (MHz) North BridgeSiS 648 South BridgeSiS 963 Number of PCI slots6 Memory typeDDR200/266/333 Number of memory slots3 Maximum Memory (GB)3 AGP Pro SupportYes Number of Physical USB 1.1 ports0 Number of Physical USB 2.0 ports6 Southbridge UDMA 133 SupportYes On-board SoundC-Media CMI9739A 6 Channel Audio On-board LANRealtek RTL8201BL

35 TC – DEI, 2005/2006 Motherboard 101 – Periféricos Ligação a periféricos Rato e Teclado Portas USB Porta Série Porta Paralela Porta Firewire Rede FastEthernet Som

36 TC – DEI, 2005/2006 Motherboard 101 – CPU CPU & Alimentação Heat sinks Pentium 4 + Heat sink + Fan Pentium 4

37 TC – DEI, 2005/2006 Motherboard 101 – Alimentação Conector de Alimentação Conector de Alimentação de Dispositivos Conector de Alimentação da Motherboard

38 TC – DEI, 2005/2006 Motherboard 101 – Memória Receptáculo dos módulos de memória Módulos de memória DDR

39 TC – DEI, 2005/2006 Motherboard 101 – Discos & CD-ROMS Os PCs actuais trazem dois controladores de disco, um primário e um secundário. Cada um pode controlar dois discos: um master e um slave. Disco IDE Cabo de disco IDE Selecção Master/Slave

40 TC – DEI, 2005/2006 Motherboard 101 – Placa Gráfica Slot AGP para a placa gráfica Placa Gráfica

41 TC – DEI, 2005/2006 Motherboard 101 – Slots PCI Slot de expansão Placa de Rede PCI

42 TC – DEI, 2005/2006 O Resultado é… Um PC!

43 TC – DEI, 2005/2006 Quiz: Que coisa é esta?? Currently the fastest machine on the face of the Earth The Earth Simulator is a project to develop a 40 TFLOPS system for climate modeling. Currently it performs at TFLOPS. The ES is based on: - 5,120 (640 8-way nodes) 500 MHz NEC CPUs - 8 GFLOPS per CPU (41 TFLOPS total) - 2 GB RAM per CPU (10 TB total) - Shared memory inside the node × 640 crossbar switch between the nodes - 16 GB/s inter-node bandwidth

44 TC – DEI, 2005/2006 Para saber mais... [CSO] Computer Science – An Overview Capítulo 0 Capítulo 2 (2.1, 2.2, 2.3, 2.5) How Stuff Works (http://computer.howstuffworks.com):http://computer.howstuffworks.com How PCs Work How Microprocessors Work How Motherboards Work How Computer Memory Works Informação Extra: Arstechnica, The PC Enthusiasts Resource:


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