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Introdução aos Sistemas de Computação (2)
Estrutura do tema ISC
1. Representação de informação num computador 2. Organização e estrutura interna dum computador 3. Execução de programas num computador 4. O processador e a memória num computador 5. Evolução da tecnologia e da eficiência
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Computador elementar
Organização e estrutura interna dum computador
Interligação de
Componentes
Memória Principal
Input / Output
1 ou + Unidades
(Centrais) de Processamento
(CPU) Computador elementar
Periféricos
Canais de Comunicação
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CPU
Estrutura interna dum processador (2)
Unidades Funcionais (inc. ALU)
Unidade de
Controlo
Interligação Interna da
PU
Banco de
Registos
Computador
CPU
I/O
Memória
Interligação
...
Nota: PU, processador ou core designam o mesmo objeto
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Estrutura interna dum processador (1)
Função dum PU: – “motor” que continuamente
• lê da memória um comando, • interpreta-o e, • executa-o (se precisar de operandos vai buscá-los e,
se necessário, guarda também o resultado) – de/para onde lê o comando:
• da posição de memória definida no apontador p/ instrução (em registo) (IP, Instruction Pointer, ou PC, Program Counter),
• para o registo de instrução (IR, Instruction Register)
– tipos básicos de comandos: • operações com dados, indo buscar os operandos se necessário e
guardando o resultado no fim • mover dados de/para registos, memória ou I/O • decidir qual o (local do) próximo comando a executar
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Organização duma memória principal ou primária
Função da memória primária: – armazenar temporariamente
um programa e os dados por ele manipulados, durante a execução de um programa
– operações que a memória executa: ler / escrever
Organização lógica: – vetor (array linear) de células, cada com 8 bits – cada célula é identificada pelo seu endereço – dim máx definida pelos n bits do endereço: 2n
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Periféricos/dispositivos, módulos de I/O
Tipos de comunicações c/ periféricos/dispositivos de I/O: – com Humanos (monitor, teclado/rato, impressora,...) – com máquinas (instrumentos, em sistemas embebidos, ...) – com outros equipamentos (rede wireless, projetor m/média...)
Papel dos módulos de I/O: – efetuar o interface físico e lógico entre o interior do
computador e o exterior – controlar o funcionamento de um ou mais periféricos – fazer o intercâmbio de dados entre os periféricos e a
memória principal (e/ou registos da PU)
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Interligação de componentes num computador (1)
Ligações da PU: – Leitura de comandos/instruções (da memória) – Leitura/escrita de dados (da memória ou de I/O) – Envio de sinais de controlo para outros componentes – Receção de pedidos de interrupção (e reação)
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Interligação de componentes num computador (2)
Ligações da memória primária:
– Recebe endereços (que células aceder) – Recebe sinais de controlo (read, write, timing, ...) – Recebe/envia dados
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Interligação de componentes num computador (3)
Ligações dos módulos de I/O:
– Interface com PU idêntico ao da memória – Dados internos incluem info de controlo e de estado (do periférico) – Dados externos incluem tb info de controlo e de estado – Sinais de interrupt para pedir a atenção da PU
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Interligação de componentes num computador (4)
Arquitetura de base de um PC (antigo...):
interface mem - I/O
ALU
banco de registos CPU
memory channel
controladorarquivo
interfacePCI-Express
controladorUSB
rato teclado gráfica/rede/...SSD/HDD
I/O busExpansão para outros componentes
Chipset
Memóriaprimária
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As arquiteturas multicore mais recentes:
mem
ória
prim
ária
cache L3
ALU
banco de registos Núcleos numchip (cores)
Interligação de componentes num computador (5)
…
caches L1 & L2
hub / router
(C)PU chip_1
…
… (C)PU chip_2���
fast interconnectmem channels
I/O li
nks
���
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Integração & interligação de componentes num (C)PU-package
AJProença, Sistemas de Computação, UMinho, 2018/19 13
Intel Ivy Bridge: wafer, die, chip...
A �bolacha�
As �estampas�
A �batata�
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Análise de palavras chave
Algumas palavras chave na terminologia tecnológica:
• instruction set • CPU data width • 32-bit processor • clock cycle/ frequency • overclocking • throughput • pipeline, superscalar • dual/ quad/ ... core • wafer, die, chip, ...
• RAM / ROM • SRAM / DRAM • cache memory • flash memory • access time • magnetic drive • SSD (Solid State Drive) • NUMA architecture • USB/ SATA/ PCIe ...