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MARKET FOR MAYBE 5
COMPUTERS «
Thomas Watson, Chairman of IBM, 1943
TC – DEI, 2005/2006
Tecnologia dos Computadores
2005/2006
Paulo Marques
[email protected]
http://www.dei.uc.pt/~pmarques
Alguma informação útil…
Professor:
 Paulo Marques
 Gabinete D-2.5
 [email protected]
Toda a informação da cadeira irá está na respectiva
página (aceder por http://www.dei.uc.pt)
É essencial assinar a lista de discussão da cadeira:
 Enviar um mail para [email protected] com:
subscribe tcomp [email protected]
TC – DEI, 2005/2006
Motivação
CORPO DA INFORMÁTICA MODERNA
…
…
…
…
TECNOLOGIA
DA
INFORMÁTICA
Sistemas
Distribuídos
…
Multimédia
Simulação
Inteligência
Artificial
Bases de
Dados
Sistemas
Operativos
Arquitectura
de
Computadores
Redes
de
Dados
…
Programação
e
Algoritmos
Matemática
Teoria da
Computação
…
…Engenharia de
Software
…
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!
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
TC – DEI, 2005/2006
Corpo da Informática
Comunicação
Aplicação
Sistema Operativo
Programação
Hardware
Information
TC – DEI, 2005/2006
Gödel
Donald Knuth
von Neumann
Alan Turing
Fred Brooks
Dennis Ritchie
John Backus
Alan Kay
Ken Thompson
Charles Babbage
Edsger Dijkstra
Ada Lovelace
Seymour Cray
Leslie Lamport
TC – DEI, 2005/2006
Bibliografia
Livro principal das teóricas [CSO]:
Computer Science, An Overview
7th Edition, J. Glenn Brookshear
ISBN 0-201-78130-1, Addison-Wesley
Livro auxiliar das teóricas [CSI]:
Computer Science Illuminated
Nell Dale & John Lewis
ISBN 0-7637-1760-6,
Jones and Bartlett Pub.
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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
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
TC – DEI, 2005/2006
Modelo de von Neumann
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
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
CPU
Unidade de
Controlo
Comandos
de Controlo
ALU
Dados
Dispositivos
de Entrada/Saída
(Unidade Aritmética
e Lógica)
Dados
Comandos
de Controlo
Dados
Memória
TC – DEI, 2005/2006
Fetch-Decode-Execute
Toda a arquitectura de von Neumann é baseada no ciclo “fetch-decodeexecute”
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)
A
B
C
Data
Instructions
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
00
01
IR: Instruction Register
PC: Program Counter
02
03
BUS
04
05
06
R0: General Register 0
07
08
R1: General Register 0
09
…
10
11
ALU
Processador
12
Unidade
Controlo
13
…
Memória
TC – DEI, 2005/2006
Como é que se adicionam dois números?
z = x + y;
Passo 1:
[1000]
[1004] [1008]
 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
TC – DEI, 2005/2006
O que é uma instrução exactamente?
ADD R3,R1,R2
IR:
1
1
0
opcode
(ADD)
IR:
1
0
0
1
param1
(R3)
1
0
0
0
param2
(R1)
1
0
0
1
0
param3
(R2)
13
3
1
2
opcode
(ADD)
param1
(R3)
param2
(R1)
param3
(R2)
TC – DEI, 2005/2006
John von Neumann (1903-1957)
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:
http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Von_Neumann.html
http://ei.cs.vt.edu/~history/VonNeumann.html
TC – DEI, 2005/2006
A importância do BUS
Front-side
BUS
TC – DEI, 2005/2006
North & South bridges
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
Velocidade
Preço
Registos
~128x 32bits
Cache
Memória Central (RAM)
Memória de Massa (Disco)
~512Kbyte
~512Mbyte
~60Gbyte
Tamanho
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
TC – DEI, 2005/2006
O “cérebro” – O CPU (1)
Pentium 4 die,
42 milhões de transistores!
Pentium 4 waffer
TC – DEI, 2005/2006
TC – DEI, 2005/2006
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!)
Gordon E. Moore,
Co-Fundador da Intel
em 1968
Infelizmente, as outras partes dos
computadores (nomeadamente os discos),
não acompanham esta evolução.
TC – DEI, 2005/2006
Lei de Moore (2)
TC – DEI, 2005/2006
Quiz
Que processador é este?
O primeiro CPU!
Intel 4004: 4 bits,
46 instruções
1971
TC – DEI, 2005/2006
Leitura para o próximo mês… 
The Computer:
An Illustrated History
Christian Wurster
ISBN 3822812935,
TASCHEN, February 2002
Out of Their Minds:
The Lives and Discoveries of
15 Great Computer Scientists
Dennis Shasha, Cathy Lazere
ASIN 0387979921,
Copernicus Books, July 1995
TC – DEI, 2005/2006
Uma Visão Sobre um
PC Moderno
» COMPUTERS IN THE FUTURE
MAY WEIGH NO MORE THAN
1.5 TONS «
Popular Mechanics, 1949
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


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 1394
1 saída TV
ATI® Radeon™ 9000 c/ 64 MB de
memória
Solução integrada de som
TC – DEI, 2005/2006
Motherboard (ASUS P4S8X)
TC – DEI, 2005/2006
ASUS P4S8X
Default Clock Speed (MHz)
2019.89
North Bridge
SiS 648
South Bridge
SiS 963
Number of PCI slots
Memory type
6
DDR200/266/333
Number of memory slots
3
Maximum Memory (GB)
3
AGP Pro Support
Yes
Number of Physical USB 1.1 ports
0
Number of Physical USB 2.0 ports
6
Southbridge UDMA 133 Support
On-board Sound
On-board LAN
Yes
C-Media CMI9739A 6 Channel Audio
Realtek RTL8201BL
TC – DEI, 2005/2006
Motherboard 101 – Periféricos
Ligação a periféricos
Som
Rato e
Teclado
Portas
USB
Rede
FastEthernet
Porta
Série
Porta
Paralela
Porta
Firewire
TC – DEI, 2005/2006
Motherboard 101 – CPU
CPU &
Alimentação
Heat sinks
Pentium 4
Pentium 4 +
Heat sink +
Fan
TC – DEI, 2005/2006
Motherboard 101 – Alimentação
Conector de
Alimentação
Conector de
Alimentação de
Dispositivos
Conector de
Alimentação da
Motherboard
TC – DEI, 2005/2006
Motherboard 101 – Memória
Receptáculo dos
módulos de
memória
Módulos de memória DDR
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.
Cabo de
disco IDE
Disco IDE
Selecção
Master/Slave
TC – DEI, 2005/2006
Motherboard 101 – Placa Gráfica
Slot AGP para a
placa gráfica
Placa Gráfica
TC – DEI, 2005/2006
Motherboard 101 – Slots PCI
Slot de expansão
Placa de Rede PCI
TC – DEI, 2005/2006
O Resultado é…
Um PC!
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
35.86 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 × 640 crossbar switch between the nodes
- 16 GB/s inter-node bandwidth
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):




How PCs Work
How Microprocessors Work
How Motherboards Work
How Computer Memory Works
Informação Extra:
 Arstechnica, The PC Enthusiast’s Resource:
http://www.arstechnica.com/
TC – DEI, 2005/2006