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Overview Conceitos Informáticos

Sistemas Informáticos

SLIDES 2(c) Paulo Marques

Estrutura Interna Computador

Input Devices

Output DevicesCPU

Memória Primária

Memória Secundária

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

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

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

…

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 vonNeumann 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

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

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

O “cérebro” – O CPU (1)

Pentium 4 waffer

Pentium 4 die, 42 milhões de transistores!

Lei de Moore

Apenas quatro anos após o circuito integrado ter sido inventado, Moore disse que:� “O número de transístores que a indústria

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

Lei de Moore (2)

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Desempenho dos Processadores

Instruction Set = conjunto de instruções (Linguagem Máquina - seq. de 0s e 1s) que

o processador pode interpretar e executar

Clock = gerador de impulsosgerador de impulsos (oscilador de cristal) que comanda o ritmo de funcionamento

do processador

A cada impulso do Relógio, o processador inicia um ciclo de aquisição e execuçãode instruções.

Estas instruções estão armazenadas na memória principal.

- algumas instruções podem ser executadasnum único ciclo do clock

- outras poderão exigir vários ciclos para serem concluídas

Medida falaciosa pois dependenão apenas do tipo da instruçãomas tambémda arquitectura do processador

1 Megahertz = 1 milhão de impulsos por segundo1 Megahertz = 1 milhão de impulsos por segundo

Unidades mais específicapara avaliar o desempenho

de um processadorMIPS = Milhões de Instruções Inteiras por SegundoMIPS = Milhões de Instruções Inteiras por Segundo

MFLOPS = Milhões de Instruções (Floating-Point) por SegundoMFLOPS = Milhões de Instruções (Floating-Point) por Segundo

Uma Visão Sobre um PC Moderno

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

Motherboard (ASUS P4S8X) Motherboard

Encaixes para placas

de expansão

Encaixes para a memória RAM

Encaixe para processador

Memória ROM

Conectores

Encaixes para unidades (drives)Encaixe para alimentação

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

Motherboard 101 – Alimentação

Conector de Alimentação

Conector de Alimentação de

Dispositivos

Conector de Alimentação da

Motherboard

Motherboard 101 – Memória

Receptáculo dos módulos de

memória

Módulos de memória DDR

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

Motherboard 101 – Placa Gráfica

Slot AGP para aplaca gráfica

Placa Gráfica

Motherboard 101 – Slots PCI

Slot de expansão

Placa de Rede PCI

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Interior de um Computador

Placa principal(Motherboard)

Conectores das placas de expansão

Fonte de alimentação

Conectores on board

Unidades (Drives)

Cabos eléctricos

Placas de expansão

O Resultado é…

Um PC!

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

Para saber mais...

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/