TC – DEI, 2005/2006
» I THINK THERE IS A WORLDMARKET FOR MAYBE 5 COMPUTERS « Thomas Watson, Chairman of IBM, 1943
Tecnologia dos Computadores2005/2006
Paulo [email protected]://www.dei.uc.pt/~pmarques
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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]
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Motivação
…
Programaçãoe
AlgoritmosMatemática
Teoria da Computação
SistemasOperativos
Arquitecturade
Computadores
Redesde
Dados
InteligênciaArtificial
Bases de Dados
Engenharia de Software
Multimédia SimulaçãoSistemas
Distribuídos
… … … …
…
…
…
…
CORPO DA INFORMÁTICA MODERNA
TECNOLOGIATECNOLOGIADADA
INFORMÁTICAINFORMÁTICA
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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!
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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
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Corpo da Informática
Comunicação
Aplicação
Sistema Operativo
Programação
Hardware
Information
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von Neumann
Charles BabbageJohn Backus
Ada Lovelace
Fred Brooks
Edsger Dijkstra
Alan Kay
Donald Knuth
Leslie Lamport
Alan TuringGödel
Ken Thompson
Seymour Cray
Dennis Ritchie
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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
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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
Modelo de von Neumann
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Organização de um computador
Existem três componentes principais: o CPU, a memória central e os periféricosTodos os componentes comunicam utilizando um (ou mais) BUS
CPUMemóriaCentral
Periféricos
DadosEndereçosControlo
BUS
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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
Dispositivosde Entrada/Saída
Memória
Comandos de Controlo
Comandos de Controlo
Dados Dados
Dados
CPU
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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
ABC
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Modelo simples de um processador
O processador contém a Unidade Aritmética e Lógica (ALU), e a Unidade de ControloExistem 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
ALU Unidade Controlo
IR: Instruction Register
PC: Program Counter
R0: General Register 0
R1: General Register 0
…
Memória
BUS
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
…
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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]
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O que é uma instrução exactamente?
ADD R3,R1,R2
1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0
opcode(ADD)
param1(R3)
param2(R1)
param3(R2)
IR:
13 3 1 2
opcode(ADD)
param1(R3)
param2(R1)
param3(R2)
IR:
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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.htmlhttp://ei.cs.vt.edu/~history/VonNeumann.html
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A importância do BUS
Front-side BUS
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North & South bridges
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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
VelocidadePreço
Tamanho
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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
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O “cérebro” – O CPU (1)
Pentium 4 waffer
Pentium 4 die, 42 milhões de transistores!
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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
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Lei de Moore (2)
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Quiz
Que processador é este?
O primeiro CPU! Intel 4004: 4 bits, 46 instruções 1971
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Leitura para o próximo mês…
The Computer: An Illustrated HistoryChristian WursterISBN 3822812935, TASCHEN, February 2002
Out of Their Minds:The Lives and Discoveries of 15 Great Computer ScientistsDennis Shasha, Cathy Lazere ASIN 0387979921,Copernicus Books, July 1995
Uma Visão Sobre um PC Moderno
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» COMPUTERS IN THE FUTUREMAY WEIGH NO MORE THAN1.5 TONS « Popular Mechanics, 1949
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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 1394 1 saída TV
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Motherboard (ASUS P4S8X)
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ASUS P4S8X
Default Clock Speed (MHz) 2019.89
North Bridge SiS 648
South Bridge SiS 963
Number of PCI slots 6
Memory type 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 Yes
On-board Sound C-Media CMI9739A 6 Channel Audio
On-board LAN Realtek RTL8201BL
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Motherboard 101 – Periféricos
Ligação a periféricos
Rato eTeclado
Portas USB
Porta Série
Porta Paralela
Porta Firewire
RedeFastEthernet
Som
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Motherboard 101 – CPU
CPU &Alimentação
Heat sinks
Pentium 4 +Heat sink +Fan
Pentium 4
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Motherboard 101 – Alimentação
Conector de Alimentação
Conector de Alimentação de
Dispositivos
Conector de Alimentação da
Motherboard
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Motherboard 101 – Memória
Receptáculo dos módulos de
memória
Módulos de memória DDR
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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
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Motherboard 101 – Placa Gráfica
Slot AGP para aplaca gráfica
Placa Gráfica
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Motherboard 101 – Slots PCI
Slot de expansão
Placa de Rede PCI
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O Resultado é…
Um PC!
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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
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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/