Introdução à computador

Organização:
1. Como os recursos são implementados
Arquitetura:
1. Atributos visíveis ao programador
Estrutura:
1. modo como os componentes estão inter-relacionados
2. computador SIMPLES:
  1. Unidade Central de Processamento (CPU):
    1. controla operação de um computador
    2. realiza sua funções e processamento de dados
  2. Memória Principal:
    1. armazena dados
  3. Entrada/Saída:
    1. move dados entre o computador e o ambiente externo
  4. Interconexão do sistema:
    1. algum mecanismo que proporciona comunicação entre a CPU, memoria principal e entrada/saída
  5. 4 componentes estruturais principais de uma CPU:
    1. unidade de controle:
      1. controla operação do computador
    2. unidade lógica e aritmética:
      1. executa as funções de processamento de dados do computador
    3. interconexão da CPU:
      1. mecanismo que proporciona a comunicação entre unidade de controle, ALU e registradores
    4. registro:
      1. proporciona armazenamento interno na CPU
3. Computador Multicore:
  1. CPU:
    1. Busca e executa as instruções
  2. Core(Núcleo):
    1. Unidade de processamento individual, um core é basicamente uma CPU completa
    2. Elementos funcionais:
      1. lógica de instrução:
        inclui as tarefas envolvidas em buscar instruções, e decodificar cada instrução a fim de determinar a operação de instrução e os locais de memória dos operando
      2. unidade de lógica e aritmética :
        executa a operação especificada por uma instrução
      3. lógica de load/store:
        gerencia a transferência de dados para e de uma memória principal através da cache
  3. Processador:
    1. um pedaço físico de silício que contém um ou mais cores
    2. Componente do computador que interpreta e executa instruções
Função:
1. Operação individual de cada componente como parte da estrutura
2. 4 funções básicas:
  1. Processamento de dados:
    1. poucos métodos fundamentos
  2. Armazenamento de dados:
    1. tanto a longo prazo como a curto prazo
  3. Movimentação de dados:
    1. fonte ou destino de dados
  4. Controle:
    1. gerencia os recursos do computador
Evolução dos computadores
1. 1° Geração: Válvulas
  1. ENIAC:
    1. números decimais
  2. Von Neumann: IAS
    1. conceito de programa armazenado
    2. estrutura básica compõe-se de:
      1. memória principal, que armazena tanto dados como instruções
      2. unidade lógica e aritmética capaz de operar os dados binários
      3. unidade de controle, que interpreta instruções que estão na memória e faz que sejam executadas.
      4. Equipamento de entrada/saída controlado pela unidade de controle.
    3. Componentes básicos da arquitetura de Von Neumann:
      1. tem pelo menos uma unidade de processamento lógico-aritmético e registradores.
      2. CPU deverá possuir também circuitos específicos para controle das demais unidades e da execução das instruções. A unidade de controle é interna a CPU e contém um registrador de instrução e contador de programa.
      3. memória principal é única e armazena dados e instruções sem fazer distinção entre elas.
      4. mecanismo de E/S
      5. unidade de armazenamento de massa externa
    4. IAS - detalhes :
      1. todos computadores de hoje tem essa mesma estrutura e função geral.
      2. números binários
      3. 2 instruções de 20 bits.
      4. Conjunto de registradores (armazenamento em CPU) :
        registrador de buffer de memória
        registrador de endereço de memória
        registrador de instrução
        registrador de buffer de instrução
        acumulador
        quociente multiplicador
    5. O gargalo da arquitetura de Von Neumann:
      1. os gargalos são os elementos de design que dificultam o aumento progressivo de desempenho.
      2. principal gargalo está no barramento CPU - Memória Principal.
    6. Mitigando o gargalo da arquitetura de Von Neumann:
      1. uso de um ou mais níveis de memória cache entre CPU e a MP.
      2. um nível de cache onde dados e instruções são armazenados separadamente, podendo assim ser acessados de modo independente.
      3. uso de circuitos de predição de desvio que estará sempre tentando antecipar dados e instruções futuras.
      4. usa de uma hierarquia de memória composta diversos níveis de memórias com diferentes capacidades/ velocidades/ custo.
2. 2° Geração: Transistores
  1. barato
  2. gera menos calor do que a válvula
  3. menor
  4. pode ser usado da mesma maneira que uma válvula para construir computadores
  5. um dispositivo sólido, feito de silício.
  6. Introdução de ALU’s e Unidades de Controles complexas.
  7. linguagem de programação de alto nível.
3. 3° Geração: Circuitos Integrados
  1. Transistor isolado = componentes discreto.
  2. Computador era construído usando componentes discretos.
  3. Processo dispendioso e complicado, especialmente porque a complexidade cresceu muito rapidamente.
  4. Surge a microeletrônica.
    1. significa: “pequena eletrônica”
    2. Um computador é composto de portas, células de memória e interconexões.
  5. Lei de Moore
    1. Maior densidade de componentes no chip
    2. Número de transistores em um chip dobrará a cada ano.
    3. Desde 1970, isso diminui um pouco
      1. Número de transistores dobra a cada 18 meses.
    4. Consequências:
      1. custo de um chip permaneceu quase inalterado
      2. maior densidade de empacotamento significa caminhos elétricos mais curtos, gerando maior desempenho.
      3. menor tamanho oferece maior flexibilidade
      4. As interconexões no circuito intregado são mais confiáveis do que as conexões de solda. Com mais circuitos em cada chip, existem menos conexões entre chips.
      5. Redução nos requisitos de potência e resfriamento.
4. Gerações Posteriores
  1. Difícil caracterização
  2. Houve impactantes resultados dos estudos iniciados desde a década de 70.
  3. Destacam-se:
    1. Memória Semicondutora.
    2. Capacidade dobra aproximadamente a cada ano
    3. Microprocessador:
      1. Com diversos componentes integrados.

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