Computação L1
Sérgio Cavalcante
Centro de Informática - UFPE
Cin - CENTRO
DE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
Computação L1

Conceitos Básicos
• História da computação
• Aritmética Binária
• Conceitos de Lógica
Cin - CENTRO
DE INFORMÁTICA
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GRECO
Computação L1

Módulo 1: Hardware
• Conceitos de Arquitetura de Computadores
– Como funciona uma CPU
• Básico: Unidade de Controle + Unid. Processamento
• Avançado: Pipeline e Arquiteturas Superescalares
– Memória
• Tipos de memória
• Heierarquia de Memória: principal, secundária e cache
• Memória virtual
– Sistema de Entrada/Saída
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GRECO
• Dispositivos de E/S
• Barramentos
• Periféricos
Computação L1

Módulo 2: Software
• Compiladores e Interpretadores
• Sistemas operacionais
– Gerenciamento de processos
– Gerenciamento de memória
– Gerenciamento de periféricos
– Interface com o usuário
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Computação L1

Módulo 3: Linguagens de Programação
• Tipos de dados
• Operacões aritméticas
• Comandos de controle
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GRECO
Conceitos Básicos
de Computadores
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O que é o computador?
Problema
Programa
Computador
Solução
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Como funciona um computador?
Como trabalhamos ?
 Como
trabalhamos ?
• Informações que não tem uso •
no momento ficam no fichário.
• A pasta sobre a mesa contém
cópias das informações que
•
precisaremos naquele dia.
Fichário
Pastas
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Na mesa mantemos os
papéis que estamos
usando naquele
momento
Completada uma tarefa,
pomos os papéis
alterados de volta no
fichário.
• Após o expediente, a
faxineira joga no lixo
tudo que está na mesa.
Como funciona um computador?
Comparando com um computador
Fichário
Disco
Memória
2
3
1
timing
& size
size
timing
&
Information
Information
Unidade de
Controle (CPU)
Mesa
Pastas


Cin - CENTRO
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

O fichário representa o disco rígido, com alta capacidade de
armazenamento.
A pasta sobre a mesa representa a memória, de acesso rápido e fácil
Mesa e usuário são a CPU
OBS: Memória é volátil e disco não (faxineira)
Qual
a linguagem queHomem-Máquina
o computador entende?
Comunicação

Níveis distintos de abstração
Linguagem C
Linguagem Assembly
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
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swap(int v[], int k)
{int temp:
temp = v[k];
v[k] = v[k+1];
v[k+1] = temp;
}
Código executável
00000000101000010000000000011000
00000000100011100001100000100001
10001100011000100000000000000000
10001100111100100000000000000100
10101100111100100000000000000000
10101100011000100000000000000100
00000011111000000000000000001000
Comunicação Homem-Máquina

Como transformar descrições em código
executável?
• Diferença entre as linguagens utilizadas
• Métodos:
– Compilação
– Interpretação
– Compilação-Interpretação
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Compilação
Programa fonte
Ln
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Compilador
Programa objeto
L0
Interpretação
Instrução
Ln
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Interpretador
Instrução
Ln-1
Interpretação & Compilação
Programa fonte
Ln
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Compilador
Programa objeto
Lint
Interpretador
Instrução de máq.
L0
Computador: Hardware e
Software
re
Sy
ions soft w
t
a
c
i
are
pl
p
A
ms softwa
e
t
s
Hardware
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Computador: Hardware e
Software
Periféricos
Computador
CPU
Mem.
Interconexão
E/S
(I/O)
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Componentes de um computador
Memória
CPU
Execução das
instruções de um
programa
Programas
+
Dados
Teclado
E/S
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Vídeo
Buffers
Sistema Básico de Memória
CPU
Memória
Principal
Barramento
de memória
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Memória
Secundária
Barramento
de E/S
Sistema Básico de Memória
Alto desempenho da CPU
CPU
C
a
c
h
e
Memória
Principal
Barramento
de memória
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Memória
Secundária
Barramento
de E/S
Memória
Dado
0
15
sinal
magnitude
Instrução
Opcode
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15
3 4
0
0001 AC  Mem.
0010 Mem.  AC
0101 AC  AC + Mem.
Endereço
Componentes de um computador
Memória
CPU
Execução das
instruções de um
programa
Programas
+
Dados
E/S
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Buffers
Vídeo
Teclado
Componentes de um computador
Unid. controle
Instrução
Reg.
Memória
Endereço
temp
Operando
ALU
Programas
+
Dados
E/S
Unid. processamento
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GRECO
Buffers
Vídeo
Teclado
Executando um programa
Busca instrução
Decodifica instrução
Incrementa PC
Busca operando
Executa instrução
Armazena resultado
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GRECO
Executando um programa
Memória
300
301
302
1940
5941
2941
Registradores da CPU
300
PC (endereço
da instrução)
1940
IR (código
da instrução)
0003
AC (operando)
...
940
941
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GRECO
0003
00 02
0001 AC  Mem.
0010 Mem.  AC
0101 AC  AC + Mem.
Executando um programa
Memória
300
301
302
1940
5941
2941
...
940
941
Cin - CENTRO
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GRECO
0003
00 02
0001 AC  Mem.
0010 Mem.  AC
0101 AC  AC + Mem.
Registradores da CPU
301
0
PC
1941
0
5
IR
0003
5 AC
316 + 216 = 516
Executando um programa
Memória
300
301
302
1940
5941
2941
Registradores da CPU
302
1
PC
2941
IR
0005
AC
...
940
941
Cin - CENTRO
DE INFORMÁTICA
UFPE
GRECO
0003
00 02
5
0001 AC  Mem.
0010 Mem.  AC
0101 AC  AC + Mem.
Evolução dos Computadores

GERAÇÃO ZERO - 1836 - Anos 30
• Máquinas mecânicas ou baseadas em relés
– dificuldade de construção
– pouca exatidão
• 1 nível:
– nível de hardware (lógica digital)
• Exemplos:
– 1936 - Zuze - Z1
• Primeira máquina calculadora a relés
– 1943 - Governo Britânico - Colossus
• Primeiro computador eletromecânico
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Hardware
Evolução dos Computadores

PRIMEIRA GERAÇÃO - Anos 40
• Válvulas com processadores
– Caras, lentas, queimavam com facilidade
• ENIAC, UNIVAC
• 2 níveis:
– nível convencional (binário)
– nível de hardware
• Exemplos:
– 1946 - Eckert/Mauchkley - Eniac 1
– Começa a História do computador moderno
0001010...01
Convencional
(binário)
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GRECO
Hardware
Evolução dos Computadores

SEGUNDA GERAÇÃO - Anos 50
• Transistores
– menores, mais baratos, rápidos, duráveis
• 3 níveis:
– nível de montadores (assembly)
– nível de máquina convencional (binário)
– nível de hardware
Programa
add
sub
lw
Ling. Assembly
• Exemplo:
– 1952 - Von Neumann - IAS
• Modelo da maioria das máquinas atuais
0001010...01
Convencional
(binário)
Cin - CENTRO
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GRECO
Hardware
Evolução dos Computadores

TERCEIRA GERAÇÃO - Anos 60
• Circuitos Integrados (CI`s)
• 4 níveis:
–
–
–
–
C, Java, etc.
Ling. Programação
de alto nível
nível de montadores/compiladores
nível de sistema operacional
nível de máquina convencional (binário)
nível de hardware
• Exemplos:
Memória Virtual
– 1960 - DEC - PDP 11
Ling. Assembly
Sist. Operacional
• Primeiro minicomputador (50 unidades vendidas)
– 1964 - IBM - 360
• Primeira linha de produtos projetada como uma família
Entrada/Saída
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Convencional
(binário)
Hardware
Evolução dos Computadores

QUARTA GERAÇÃO - Anos 70
• Microprocessadores/ Mem. semicondutora
Ling. Programação
de alto nível
– VLSI Very Large Scale Integration
• 5 níveis:
–
–
–
–
nível de montadores/compiladores
nível de sistema operacional
nível de máquina convencional (binário)
nível de hardware + microprogramação
• Exemplos:
Ling. Assembly
Sist. Operacional
– 1974 - Intel - 8080
• Primeira CPU de uso geral em um chip
Cin - CENTRO
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GRECO
Convencional
(binário)
Hardware +
Firmware
Evolução dos Computadores

QUINTA GERAÇÃO - Anos 80
• Crise do Software  Complexidade dos sistemas
– Linguagens estruturadas de nível mais alto
– Avanço dos compiladores
– Maior eficiência do hardware
 Máquinas RISC (Reduced Instruction Set Computer)
• 4 níveis:
–
–
–
–
nível de montadores/compiladores
nível de sistema operacional
nível de máquina convencional (binário)
nível de hardware
• Exemplos: RISC, MIPS, Sparc
Programação
em Assembler
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GRECO
Evolução dos Computadores

... Anos 90+
•
•
•
•
Arquiteturas Superescalares
Arquiteturas VLIW
Arquiteturas Superpipeline
4 níveis
–
–
–
–
nível de montadores/compiladores
nível de sistema operacional
nível de máquina convencional (binário)
nível de hardware
• Exemplos:
– Pentium, Alpha, Power
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GRECO
Geração de Computadores
Ano
Nome
Tama
nho
Potência
Desempenho
(adições por
seg.)
Memóri
a (KB)
Preço
Preço/Perf.
Preço reaj.
Preço/perf
reaj.
1951
UNIVAC
1
1000
124.500
1900
48
$1.000.000
1
$4.996.7499
1
1964
IBM/360
60
10.000
500.000
64
$1.000.000
263
$4.140.257
318
1965
PDP-8
8
500
330.000
4
$16.000
10.855
$66.071
13.135
1976
Cray-1
58
60.000
166.000.000
32.768
$4.000.000
21.842
$8.459.712
51.604
1981
IBM-PC
1
150
240.000
256
$3.000
42.105
$4.081
154.673
1991
HP9900
0
2
500
50.000.000
16.384
$7.400
3.556.188
$8.156
16.122.356
1996
Intel P
pro
200MHz
2
500
400.000.000
16.384
$4.400
47.846.890
$4.400
239.078.908
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GRECO
Bibliografia


Computer Organization and Design: The
Hardware/Software Interface: Hennessy and
Patterson
Computer Organization and Architecture:
Designing for Performance
• William Stallings, 4. Edition - Prentice Hall 1996

Cin - CENTRO
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Organização estruturada de computadores:
Tanenbaum