Tecnologia dos Computadores 2004/2005 Alguma informação útil

Alguma informação útil…
Professor:
Paulo Marques
Gabinete D-2.5
[email protected]
Thomas Watson, Chairman of IBM, 1943
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]
TC – DEI, 2004/2005
TC – DEI, 2004/2005
Motivação
Tecnologia dos Computadores
2004/2005
Paulo Marques
[email protected]
http://www.dei.uc.pt/~pmarques
CORPO DA INFORMÁTICA MODERNA
…
…
…
…
Multimédia
Simulação
Sistemas
Distribuídos
…
Inteligência
Artificial
Bases de
Dados
Sistemas
Operativos
Arquitectura
de
Computadores
Redes
de
Dados
…
Programação
e
Algoritmos
Matemática
Teoria da
Computação
…
…Engenharia de
Software
…
TC – DEI, 2004/2005
Tecnologia dos Computadores
Corpo da Informática
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
Comunicação
Aplicação
Sistema Operativo
Programação
Introduzir os principais módulos de um computador
moderno
Fornecer os conceitos básicos de electrónica digital
utilizados no desenho de computadores
Hardware
Information
Essencial para as cadeiras de arquitectura de
computadores que se seguem!
TC – DEI, 2004/2005
TC – DEI, 2004/2005
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
Gödel
Donald Knuth
von Neumann
Fred Brooks
Dennis Ritchie
John Backus
Alan Kay
Ken Thompson
Charles Babbage
Edsger Dijkstra
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Alan Turing
Ada Lovelace
Seymour Cray
Leslie Lamport
TC – DEI, 2004/2005
Bibliografia
Avaliação
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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Exame/Exame de Recurso:
15 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
5 valores
Mínimo de 2 valores para fazer a cadeira
A avaliação é feita na parte final da aula em que
termina cada trabalho
Grupos de 2-3 alunos
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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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Modelo de von Neumann
Organização de um computador
Fetch-Decode-Execute
Existem três componentes principais: o CPU, a
memória central e os periféricos
Todos os componentes comunicam utilizando um (ou
mais) BUS
CPU
Memória
Central
Toda a arquitectura de von Neumann é baseada no ciclo “fetch-decodeexecute”
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)
Periféricos
A
B
C
Dados
Endereços
Controlo
Data
Instructions
BUS
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Arquitectura de von Neumann
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Modelo simples de um processador
O computador executa uma sequência de
instruções que actuam sobre dados.
Tanto as instruções como os dados encontram-se
em memória
O processador contém a Unidade Aritmética e Lógica (ALU), e a
Unidade de Controlo
Existem dois registos especiais: IR (contém a instrução a
executar) e PC (o contador de programa).
Existem também registos de âmbito geral e registos especiais
CPU
00
Unidade de
Controlo
Comandos
de Controlo
01
IR: Instruction Register
Comandos
de Controlo
PC: Program Counter
02
03
BUS
04
05
ALU
Dados
(Unidade Aritmética
e Lógica)
06
R0: General Register 0
07
Dados
08
R1: General Register 0
09
…
10
11
Dispositivos
de Entrada/Saída
ALU
Dados
Memória
Processador
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12
Unidade
Controlo
13
…
Memória
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Como é que se adicionam dois números?
John von Neumann (1903-1957)
Matemático brilhante, “inventor” do
conceito de stored-program e pai do
computador moderno
Passo 1:
Carregar o primeiro número de memória para um registo:
MOV R1, [1000]
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
Passo 2:
Carregar o segundo número de memória para outro registo:
MOV R2, [1001]
Passo 3:
Adicionar os números nos registos, colocando o resultado
noutro registo:
ADD R3,R1,R2
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
Passo 4:
Colocar o resultado de novo em memória:
MOV [1002],R3
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O que é uma instrução exactamente?
Para saber mais:
http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Von_Neumann.html
http://ei.cs.vt.edu/~history/VonNeumann.html
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A importância do BUS
ADD R3,R1,R2
IR:
1
1
0
opcode
(ADD)
IR:
1
0
0
1
param1
(R3)
1
0
0
0
param2
(R1)
1
0
0
1
0
param3
(R2)
13
3
1
2
opcode
(ADD)
param1
(R3)
param2
(R1)
param3
(R2)
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Front-side
BUS
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North & South bridges
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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Hierarquia de memória
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O “cérebro” – O CPU (1)
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
Velocidade
Preço
Registos
~128x 32bits
Cache
Memória Central (RAM)
Memória de Massa (Disco)
~512Kbyte
~512Mbyte
~60Gbyte
Pentium 4 die,
42 milhões de transistores!
Pentium 4 waffer
Tamanho
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Lei de Moore (2)
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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!)
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Quiz
Que processador é este?
Gordon E. Moore,
Co-Fundador da Intel
em 1968
O primeiro CPU!
Intel 4004: 4 bits,
46 instruções
1971
Infelizmente, as outras partes dos
computadores (nomeadamente os discos),
não acompanham esta evolução.
TC – DEI, 2004/2005
TC – DEI, 2004/2005
Leitura para o próximo mês… ☺
The Computer:
An Illustrated History
Christian Wurster
ISBN 3822812935,
TASCHEN, February 2002
Popular Mechanics, 1949
Out of Their Minds:
The Lives and Discoveries of
15 Great Computer Scientists
Dennis Shasha, Cathy Lazere
ASIN 0387979921,
Copernicus Books, July 1995
TC – DEI, 2004/2005
TC – DEI, 2004/2005
Um exemplo: Compaq Presario 6640PT
Processador
Uma Visão Sobre um
PC Moderno
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
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
ATI® Radeon™ 9000 c/ 64 MB de
memória
Solução integrada de som
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Motherboard (ASUS P4S8X)
Motherboard 101 – Periféricos
Ligação a periféricos
Som
Rato e
Teclado
Portas
USB
Rede
FastEthernet
Porta
Série
Porta
Paralela
Porta
Firewire
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ASUS P4S8X
Motherboard 101 – CPU
Default Clock Speed (MHz)
2019.89
North Bridge
SiS 648
South Bridge
SiS 963
Number of PCI slots
Memory type
Number of memory slots
Maximum Memory (GB)
AGP Pro Support
Number of Physical USB 1.1 ports
Number of Physical USB 2.0 ports
Southbridge UDMA 133 Support
On-board Sound
On-board LAN
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CPU &
Alimentação
6
DDR200/266/333
Heat sinks
3
3
Yes
0
6
Pentium 4
Yes
C-Media CMI9739A 6 Channel Audio
Realtek RTL8201BL
Pentium 4 +
Heat sink +
Fan
TC – DEI, 2004/2005
TC – DEI, 2004/2005
Motherboard 101 – Alimentação
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.
Cabo de
disco IDE
Conector de
Alimentação
Conector de
Alimentação de
Dispositivos
Conector de
Alimentação da
Motherboard
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Motherboard 101 – Memória
Disco IDE
Selecção
Master/Slave
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Motherboard 101 – Placa Gráfica
Slot AGP para a
placa gráfica
Receptáculo dos
módulos de
memória
Módulos de memória DDR
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Placa Gráfica
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Motherboard 101 – Slots PCI
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.
Slot de expansão
Placa de Rede PCI
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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O Resultado é…
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Para saber mais...
[CSO] Computer Science – An Overview
Um PC!
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/
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