Arquitetura de Computadores

Prof. Marcelo Mikosz Gonçalves

Conceitos Básicos

• Programa: é uma seqüência de instruções que executam uma determinada tarefa.

• Linguagem de máquina: conjunto de instruções primitivas (simples e rápidas) para eleborar programas.

• Dada uma linguagem de máquina L1, e uma outra linguagem de maior nível L2 formada por instruções de L1.

• Tradução: consiste em substituir todas as instruções do programa escrito em L2 por uma seqüência de instruções em L1. O programa resultante é formado somente por instruções L1 e é executado pelo computador. L2 não é mais necessário.

• Interpretação: Neste processo é necessário um interpretador que é um programa que pega cada instrução de L2 e transforma em um conjunto de instruções em L1 executando diretamente sem a geração de um programa em L1.

• Hardware

• Software

• Firmware

• Máquina Virtual

Arquitetura em CamadasNível das linguagens orientadas para

solução de problemas

Nível da linguagem do montador

Nível do Sistema Operacional

Nível da Arquitetura do Conjunto de Instruções

Nível da microarquitetura

Nível da lógica digital

Tradução (Compilador)

Tradução (Montador)

Interpretação Parcial (Sistema Operacional)

Interpretação (microprograma) ou execução direta

Os microprogramas são executados diretamente pelo hardware

Nível 5

Nível 4

Nível 3

Nível 2

Nível 1

Nível 0

Geração Zero - Computadores mecânicos

• 1642 máquina de calcular de Blaise Pascal (somar e subtrair)

• 1672 Barão Gottfried Wihelm von Leibniz (+,-,/,*)

• 1834 Máquina analítica de Charles Babbage

• 1936 Konrad Zuse, Z1 Relés eletromagnéticos

• 1943 Colossus, Governo Britânico, primeiro eletrônico

• 1944 Aiken - Mark I

Primeira Geração - Vávulas

• Marco inicial para eletrônica, foi a invenção da válvula triodo em 1906

• Em 1943 John Mauchley teve sua proposta aceita para a construção do ENIAC (Eletronic Numerical Integrator And Computer). Juntamente com seu aluno de pós-graduação J. Presper Eckert.

• Em 1946 o ENIAC ficou pronto:– 18000 válvulas e 1500 relés

– 30 toneladas e 140 quilowatts

– 20 registradores, com capacidade de armazenar um número decimal de 10 dígitos

– programação feita através de 6000 chaves multiposicionais e um grande número de soquetes interligados por cabos.

• Curso no Verão de 1946

• Eckert e Mauchley, EDVAC (Eletronic Discrete Variable Computer) Pennsylvania University

• Saíram da Universidade e Fundaram Eckert-Mauchley Computer Corporation, após algumas fusões tornou-se a Unisys

• John von Neumann, Instituto de Estudos Avançados de Princeton, uma versão do

• do EDVAC a máquina IAS. Que levou a construção do EDSAC em Cambridge, por Maurice Wilkes (1949).

• A máquina de von Neuman possuía 5 partes:– memória

– unidade lógico-aritmética

– unidade de controle de programas

– equipamentos de entrada

– equipamentos de saída

Arquitetura de von Neuman

Memória

Unidade de

controle

Unidade lógico-

aritmética

Entrada

Saída

Acumulador

• Memória era composta de 4096 palavras de 40 bits cada.

• Cada palavras podia armazenar duas instruções de 20 bits ou um inteiro de 39 bits com sinal

• formato da instrução:– 8 bits para o tipo

– 12 bits para endereçar uma das 4096 palavras na memória

• Ponto flutuante?

• Primeiro computador com programa armazenado

• mesmo princípio de funcionamento do computador até hoje

Segunda Geração - Transistor

• Em 1947, Walter Brattain e John Bardec

• Em 1961, PDP-1, com 4K de palavras de 18 bits e um tempo de ciclo de 5 microssegundos, US$ 120.000,00 (50 vendidos)

• 8 anos mais tarde, PDP-8, 12 bits, US$16.000,00 (50.000 vendidos)

Terceira Geração - CIs

• IBM 360, (16 megabytes de memória)

• PDP-11

• Circuitos SSI (Small Scale Integration) 1 a 10 portas

• Circuitos MSI (Medium Scale Integration) 10 a 100 portas

• Circuitos LSI (Large Scale Integration) 100 a 100.000 portas

A Quarta Geração - PCs e VLSI

• 1980 em diante

• intel e motorola 8088 e 68000

• Very Large Scale Integration

• MIPS

• FLOPS (Floating-point Operations Per Second) Acima de 1 gigaflops eram considerados supercomputador.

8088/First 1979 8/20 bit None 4.77-8 4.77-8

8086/First 1978 16/20 bit None 4.77-8 4.77-8

80286/Second 1982 16/24 bit None 6-20 6-20

80386DX/Third 1985 32/32 bit None 16-33 16-33

80386SX/Third 1988 16/32 bit 8 16-33 16-33

80486DX/Fourth 1989 32/32 bit 8 25-50 25-50

80486SX/Fourth 1989 32/32 bit 8 25-50 25-50

80486DX2/Fourth 1992 32/32 bit 8 25-40 50-80

80486DX4/Fourth 1994 32/32 bit 8+8 25-40 75-120

Pentium/Fifth 1993 64/32 bit 8+8 60-66 60-200

MMX/ Fifth 1997 64/32 bit 16+16 66 166-233

Pentium Pro/Sixth 1995 64/32 bit 8+8 66 150-200

Pentium II/Sixth 1997 64/32 bit 16+16 66 233-300

Pentium II/Sixth 1998 64/32 bit 16+16 66/100 300-450

Pentium III/Sixth 1999 64/32 bit 16+16 100 450-1.2GHz

AMD Athlon/Seventh 1999 64/32 bit 64+64 266 500-2.2GHz

Pentium 4/

Seventh 2000 64/32 bit12+8 400 1.4GHz-3.2GHz

AMD Athlon 64/

Eigth 2003 64/64 bit64+64 400 2GHz

Lei de Moore

• O número de transistores integrados em um chip dobra a cada 18 meses.

Primeira Lei de Nathan

• O software é como um gás. Ele se expande até encher completamente o recipiente que o contém.