Ficha de Unidade Curricular

INSTITUTO POLITÉCNICO DE COIMBRA
INSTITUTO SUPERIOR DE CONTABILIDADE E ADMINISTRAÇÂO DE COIMBRA
Aprovação do Conselho Pedagógico
Aprovação do Conselho
Técnico-Científico
28/10/2015
16/12/2015
Ficha de Unidade Curricular (FUC) de
Arquitectura de Computadores
Im-183-05
Curso(s):
Licenciatura em Informática de Gestão
Ano Curricular:
1ºano
Semestre curricular:
1º Semestre
Ano lectivo:
201516
Docente Responsável:
Isabel Maria Mendes Pedrosa
1
Unidade Curricular
Designação:
Arquitectura de Computadores
Curso(s):
Licenciatura em Informática de Gestão
Ano curricular:
1ºano
Semestre curricular:
1º Semestre
Número de ECTS:
5
Horas de contacto:
45
1.Corpo Docente
***Replicar pelo nº de docentes, sendo que o primeiro deverá ser o responsável da UC.
Nome:
Isabel Maria Mendes Pedrosa
Email:
[email protected]
Im-183-05
2
2.Funcionamento
a) Objectivos:
[conteúdo atualizado a 1 de outubro de 2015 e escrito de acordo com o novo acordo ortográfico]
A unidade curricular de Arquitetura de Computadores pretende explorar vertentes relacionadas com a componente
de hardware do Computador, desvendando o mistério da "caixa negra" relativamente aos componentes internos de
uma máquina computacional. Inicia-se o estudo da unidade curricular com conceitos elementares acerca de
arquitetura e organização, função e estrutura de uma máquina computacional. É efetuada uma retrospetiva histórica
sintética - percurso geracional - desde a 1.ª máquina computacional, ENIAC, até aos processadores e componentes
mais recentes. A abordagem aos componentes internos de um sistema computacional tem também como objetivo o
desenvolvimento de competências elementares ao nível da manipulação desses componentes, compreensão das
possibilidades de compatibilidade e de atualização. O estudo dos componentes internos inicia-se com a abordagem
do processador e das suas interligações aos diversos componentes. Compreender o funcionamento do sistema
operativo, conhecendo o tipo de representação dos dados, mecanismos de endereçamento de memória e a
aprendizagem de uma linguagem de programação máquina, com um conjunto instrução elementar, associada a um
simulador (Little Man Computer, LMC), explorando os paralelismos com uma linguagem de alto nível, o que se
pretende que conduza a uma maior compreensão do conceito de ponteiro a lecionar na unidade curricular de
Algoritmos e Programação II, constituem parte importante dos conteúdos programáticos, especialmente no que
respeita à transversalidade dos conhecimentos a adquirir. Os alunos são incentivados, durante todo o semestre e
como pedra angular do seu conhecimento em hardware e software de baixo nível, a conhecerem a atualidade ao
nível da evolução dos componentes e dispositivos I/O.
b) Regime de frequencia e metodologia de avaliação:
[Metodologias atualizadas a 1 de outubro de 2015 e escritas ao abrigo do novo acordo ortográfico]
NOTA:Para a realização de avaliação distribuída é OBRIGATÓRIA a presença em 70% das aulas, excepto aos
alunos com estatuto Trabalhador-Estudante.
Os alunos que pretendam realizar a avaliação por exame, em Época de Avaliação Normal ou de Recurso, não estão
obrigados a um limite mínimo de presenças.
A avaliação dos alunos inscritos na unidade curricular pode ser feita por um de dois métodos :
1) Avaliação distribuída: 3 Testes com duração de 45 minutos (peso total de 12 valores na nota final, 4 valores/teste)
+ 1 trabalho de investigação (peso total de 8 valores na nota final)
2) Avaliação Final: a realizar em época de exame em Época Normal ou de Recurso, composta por exame escrito
para 12 valores (com duração de 120 minutos + 15 de tolerância) + 1 trabalho de investigação individual (peso de 8
valores na nota final).
Não esta prevista a realização de provas orais.
c) Programa:
PARTE 1 - Visão Genérica
1. Computadores e Sistemas
1.1 Componentes de um sistema Computacional:
1.1.1 Hardware
1.1.2 Software
1.1.3 Comunicação
1.1.4 Sistema Computacional
1.2 Standards e Protocolos
1.3 Uma breve história da Arquitetura de Computadores (Englander 5.ª edição)
2. Introdução ao estudo dos Sistemas e da Arquitetura dos Sistemas
2.1 Os Sistemas como conceito genérico
2.2 A arquitetura de sistemas de Tecnologias da Informação
2.2.1 Sistemas Distribuídos
2.2.2 O perfil de Arquiteto de Sistemas
Im-183-05
3
2.3 Exemplos de Arquitetura de Sistemas
PARTE 2 - Dados
3. Sistemas de Numeração
3.1 Números como representação física
3.2 Diferentes Bases de Numeração
3.3 Aritmética em diferentes bases
3.4 Conversão entre bases
3.5 Numeração hexadecimal e aritmética
3.6 Casos Especiais de Conversão
3.7 Frações
4. Formatos dos Dados
4.1 Dados alfanuméricos
4.2 Dados Visuais
4.2.1 Imagens Bitmap
4.2.2 Imagens Objeto
4.2.3 Representação de carateres como imagens
4.2.4 Imagens vídeo
4.3 Dados Áudio
4.4 Compressão de dados
4.5 Linguagens de descrição de páginas
4.6 Formato interno dos dados no computador
5. Representação de dados numéricos
5.1 Representações de Binários sem sinal e de Binary Coded Decimal
5.2 Representação de inteiros com sinal
5.2.1 Sinal e Magnitude
5.2.2 Decimais de Complemento para 1
5.2.3 Complemento para 10 e complemento para 2
5.2.4 Overflow e carry
5.2.5 Outras bases
5.2.6 Regras gerais para complementos noutras bases
5.3 Números reais
5.3.1 Notação Exponencial
5.3.2 Formato em vírgula flutuante
5.3.3 Normalização e vírgula flutuante
5.3.4 Exemplo de Programação
5.3.5 Cálculos com números em vírgula flutuante
5.3.6 A vírgula flutuante no computador
PARTE 3 - Arquitetura de Computadores e funcionamento do Hardware
6. O Little Man Computer (LMC)
6.1 O Modelo LMC: A máquina LMC e o seu funcionamento genérico;
6.2 Conjunto de instruções básicas do LMC:
Sintaxe das instruções e Mnemónicas.
Instruções de movimentação de dados (LOAD e STORE)
Instruções aritméticas simples (ADD e SUBTRACT)
Instruções para I/O
Instruções de controlo da máquina (COFFEE BREAK)
6.3 Programação em LMC: Paralelismo entre programação em LMC e linguagem C
6.4 Conjunto de Instruções Estendido do LMC: Instruções BRANCH
6.5 Ciclo de Instrução em LMC : Fetch e Execute
6.6 Aplicação prática e programação em LMC usando o simulador edu.LMC
Im-183-05
4
7. CPU e Memória
7.1 Componentes do CPU
7.2 Conceito de registo
7.3 Unidade de Memória
7.3.1 Funcionamento da memória
7.3.2 Capacidade da Memória e limitações ao endereçamento (Englander 5.ª ed)
7.3.3 Caraterísticas e implementação da memória principal
7.4 O ciclo de instrução fetch e execute
7.5 Bus
7.5.1 Caraterísticas
7.6 Classificação das Instruções
7.6.1 Instruções para movimentação de dados
7.6.2 Instruções aritméticas
7.6.3 Instruções booleanas
7.6.4 Operações de manipulação com operando único
7.6.5 Operações de rotação e de shift
7.6.6 Instruções de controlo do programa
7.6.7 Instruções de pilha
7.6.8 Instruções com dados múltiplos
7.6.9 Outras Instruções
7.7 Formatos das Words nas Instruções (Englander 5.ª ed)
7.7 Requisitos e limitações das Words nas Instruções (Englander 5.ª ed)
8. CPU e Memória: projeto, aperfeiçoamento e implementação
8.1 Arquiteturas do CPU
8.1.1 Visão geral
8.1.2 Arquiteturas modernas tradicionais
8.2 Recursos e aperfeiçoamento do CPU
8.2.1 Fetch-Execute Timing
8.2.2 Um modelo para a melhoria da performance
8.2.3 Organização escalar e superescalar do processador
8.3 Melhorias nas memórias
8.3.1 Wide-path memory Access
8.3.2 Memory Interleaving
8.3.3 Memória cache
8.4 Um modelo de CPU Superescalar
8.5 Multiprocessamento
8.6 Questões de implementação
9. Entrada/Saída (I/O)
9.1 Caraterísticas dos I/O típicos
9.2 I/O Programado
9.3 Interrupções
9.3.1 Interrupções de Serviço
9.3.2 Usos das Interrupções
9.3.3 Interrupções Múltiplas e Prioritização
9.4 DMA, Direct Memory Access
9.5 Controladores I/O
10. Periféricos
10.1 Hierarquia de Memória
10.2 Discos magnéticos e arrays de discos
10.3 Dispositivos óticos
10.4 Tapes
Im-183-05
5
10.5 Displays
10.5.1 Design básico de um display
10.5.2 Graphical Processing Units
10.5.3 Tecnologia Liquid Crystal Display
10.5.4 Tecnologia OLED
10.6 Impressoras
10.6.1 Laser
10.6.2 Jato de tinta
10.7 User input devices
10.7.1 Teclado
10.7.2 Dispositivos apontadores
10.7.3 Fontes alternativas para entradas alfanuméricas
10.7.4 Scanners
10.7.5 Entrada multimédia
10.7.6 Dispositivos móveis
10.8 Dispositivos de rede
11. Sistemas Computacionais atuais
11.1 Agregar todos os elementos
11.2 Arquitetura de Sistema
11.2.1 Requisitos de interligação entre sistemas
11.2.2 Bus I/O
11.2.3 Channel Architecture
11.3 Computação de alta performance: Grid Computing
d) Bibliografia:
William Stallings, Computer Organization and Architecture, 10th edition, Prentice-Hall Intern., jan 2015
Monteiro, Rui Vasco e outros, Tecnologia dos Equipamentos Informáticos, FCA Editores, 2004
Irv Englander, The Architecture of Computer Hardware and Systems Software - An Information Technology
Approach, 5.th edition, John Willey & Sons, 2014
Null, Linda e Lobur, Júlia, Essentials of Computer Organization and Architecture, 3.rd edition, Dezembro, 2010
Nicholas Carter, Computer Architecture, Bookman, 2002, Colecção Schaum
Goodman & Miller, A Programmer’s View of Computer Architecture, Saunders College Publishing, 2011
Andrew S. Tanenbaum, Structured Computer Organization, 5a edição, Prentice Hall, 2006
Delgado, José, Ribeiro, Carlos, Arquitetura de Computadores, 5.ª edição, FCA Editores, 2014
Im-183-05
6