u n i v e r s i d a d e     d o     m i n h o    -     d e p.     i n f o r m á t i c a

Arquitectura de Computadores

Lic. Matemática e Ciências da Computação, 2ºano

2001/02

Alberto José Proença

Notas de estudo

Nota introdutória | Bibliografia básica | Índice

Nota introdutória

Este documento contém apontadores para textos de apoio ao funcionamento de diversas disciplinas das licenciaturas de informática da UM que abordem o tema da Arquitectura de Computadores, nomeadamente as seguintes leccionadas desde 1995/96:

• Módulo de Arquitectura de Computadores, em Conceitos de Sistemas Informáticos, 1º ano LESI
• Arquitectura de Computadores, 2º ano LMCC
• Arquitectura de Computadores I, 2º ano LESI
• Arquitectura de Computadores II, 3º ano LESI

Os textos de apoio às aulas teóricas disponibilizados na Internet, sob a forma de "notas de estudo", complementam apenas a bibliografia básica recomendada, não pretendendo substitui-la, mas tão somente resumindo os aspectos considerados essenciais durante a leccionação da matéria; i.e., os textos são uma versão mais elaborada dos acetatos apresentados nas aulas, eventualmente sem figuras (apenas com indicação da localização das figuras nos textos referenciados; de notar que essas figuras foram já colocadas à disposição pela editora dos livros e/ou no site da disciplina).

Os apontadores para os textos de apoio ao funcionamento das sessões teórico-práticas são na maioria dos casos informação complementar e listas com exercícios propostos, eventualmente enriquecidos com notas introdutórias aos mesmos (cópias de acetatos, na maioria dos casos) e com algumas sugestões de resolução dos exercícios.

Para cada uma das disciplinas acima referidas, apenas será leccionada parte do material da bibliografia básica, sendo-o indicado nos sumários (informação na página Web da respectiva disciplina).

O índice da componente teórica aqui apresentado não está completo, pois apenas contém informação detalhada sobre os módulos relevantes para a disciplina de Arquitectura de Computadores para MCC (os capítulos 1 a 11, exceptuando parte do 6, e o 8 e o 9). Cada uma das entradas do índice relevantes para esta disciplina são um link para um ficheiro HTML com o respectivo conteúdo.

Este índice poderá sendo actualizado ao longo do semestre.

Bibliografia básica

Esta lista apenas inclui a bibliografia mais usada na elaboração das notas de estudo. Sugere-se ainda a consulta da bibliografia recomendada para a disciplina.

• D. Patterson, J. Hennessy, "Computer Organization and Design: the hardware/software interface", Morgan Kaufmann Publishers, 2nd Ed., 1997

As notas de estudo foram elaboradas com base essencial neste livro. Contudo, a partir de 2001 a disciplina irá seguir também com alguma relevância o segundo livro recomendado, embora não sejam disponibilizadas "notas de estudo" com a mesma estrutura.
Para mais informações sobre o livro e respectivo conteúdo sugere-se consulta à página Web da editora .

• William Stallings, Computer Organization and Architecture - Designing for Performance,  Prentice Hall, 5th Ed., 2000

Sob a forma de notas de estudo complementares é ainda disponibilizado um resumo dos tópicos mais relevantes deste livro, contendo o prefácio e algumas figuras (72 páginas, compactado (2.2MB); partes deste resumo serão ainda disponibilizadas para consulta em linha, conforme indicação explícita nos sumários). 
Para mais informações sobre o livro e respectivo conteúdo sugere-se consulta à página Web da editora. 

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Índice

Componente Teórica:

• Notas de estudo baseadas em P&H

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | AnexoA | AnexoB | AnexoC

• Resumo anotado de Stallings

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | Appendix A | Appendix B

Componente Teórico-Prática

Tabela resumo do ISet do MIPS | Exercícios Propostos | Exercícios Resolvidos | Simulador | IA32 & GAS

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Componente Teórica

Notas de estudo baseadas em P&H (em HTML)

1. Organização e arquitectura dum computador

1. Representação da informação no computador
2. Funcionamento básico dum computador
3. Estrutura do processador
4. Níveis de abstracção num computador
5. Tradutores ou conversores de níveis
6. Estrutura interna dum computador

2. Análise do funcionamento do CPU dum computador

1. Operações num processador
2. Localização dos operandos
3. Formato das instruções
4. Instruções para tomada de decisões

3. Mecanismos para execução de programas

1. Edição do programa fonte e sua tradução para níveis mais baixos
2. Ligação de ficheiros objectos num executável
3. Análise detalhada um exemplo
4. Formato dum ficheiro objecto e dum executável
5. Utilização da memória e papel dos loaders

4. Modelo de programação dum processador

1. Conjunto de instruções presente num processador RISC
2. Registos visíveis ao programador
3. Convenção na utilização dos registos do MIPS
4. Modos de acesso aos operandos
5. Instruções de input/output
6. Ordenação de bytes numa palavra

5. Metodologia de construção de programas em assembly

1. Instruções para transferência de informação
2. Operações aritméticas e lógicas
3. Instruções para controlo de fluxo
4. Implementação de estruturas de controlo de HLL
5. Suporte à invocação de procedimentos/funções
6. Passos a seguir na construção de um programa em assembly
7. Sub-conjunto de instruções do MIPS

6. Alternativas às arquitecturas RISC genéricas

1. Uma arquitectura CISC (ix86)

7. Computação aritmética

1. Adição e subtracção
2. Operações lógicas
3. Construção de uma Unidade Lógica e Aritmética (ALU)
4. Multiplicação e divisão de inteiros
5. Representação de valores fp (IEEE 754)
6. Adição e subtracção com vírgula flutuante

8. Arquitectura interna dum processador simples - o datapath (não relevante para MCC)

9. Interface do CPU com periféricos (não relevante para MCC)

10. Medição do desempenho de computadores

1. Métricas
2. Selecção de programas para o cálculo do desempenho
3. SPEC Benchmark suite
4. TPC Benchmark suite

11. Hierarquia de memória

1. Princípio da Localidade
2. Alternativas de implementação: cache, memória virtual, disco
3. Propriedades da hierarquia de memória
4. Conceitos associados a cada nível da hierarquia
5. Objectivos da hierarquia de memória
6. Caracterização quantitativa de níveis da hierarquia
7. Análise da estrutura de uma cache

12. Arquitectura interna dum processador simples - a unidade de controlo (não relevante para MCC)

13. O pipeline na arquitectura dum processador

14. Actividades paralelas em arquitecturas SIxD (não relevante para MCC)

15. Actividades paralelas em arquitecturas MIMD (não relevante para MCC)

Anexos

A. Sistemas de numeração e representação de inteiros

B. Representação de reais em vírgula flutuante

1. Notação científica
2. Normalização na representação
3. Intervalo e precisão de valores representáveis
4. Formato binário dum valor em fp
5. O bit escondido
6. A norma IEEE 754 para valores em fp

C. Introdução ao MIPS R2000 e ao simulador SPIM

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Resumo anotado de Stallings (em PDF)

1. Introduction

1. Organization and Architecture
2. Structure and Function

2. Computer Evolution and Performance

1. A Brief History of Computers
2. Designing for Performance

3. System Buses

1. Computer Components
2. Computer Function
3. Interconnection Structures
4. Bus Interconnection
5. PCI

4. Internal Memory

1. Characteristics of Computer Memory Systems
2. Semiconductor Main Memory
3. Cache Memory
4. Pentium and PowerPC Cache Organization
5. Advanced DRAM Organization

5. External Memory

1. ...
2. RAID

6. Input/Output

1. External Devices
2. I/O Modules
3. Programmed I/O
4. Interrupt-Driven I/O
5. Direct Memory Access
6. I/O Channels and Processors
7. The External Interface

7. Operating System Support

1. Introduction
2. Scheduling
3. Memory Management

8. Computer Arithmetic

1. ...
2. Integer Representation
3. Integer Arithmetic
4. Floating-Point Representation
5. Floating Point Arithmetic

11. CPU Structure and Function

1. Processor Organization
2. Register Organization
3. The Instruction Cycle
4. Instruction Pipelining
5. Intel 80486 Pipelining

12. Reduced Instruction Set Computers (RISCs)

1. Instruction Execution Characteristics
2. Large Register Files
3. Compiler-Based Register Optimization
4. Reduced Instruction Set Architecture
5. RISC Pipelining
6. ...
7. ...
8. The RISC vs. CISC Controversy

13. Instruction-Level Parallelism and Superscalar Processors

1. Overview

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Componente Teórico-Prática

• Tabela resumo com o instruction set do MIPS (em HTML; alternativamente, em PDF )

• Exercícios Propostos (1999/2000, 2000/2001)

• Exercícios Resolvidos

• Simulador SPIM

• Versão para DOS ... (262Kb)
• Versão para Windows <SAL>... (894 Kb)
• Versão para Windows <MAL> ... (861 Kb)
• Versão para Unix ... (tar-zip, 581 Kb)
• Versão para Unix ... (tar-gzip, 338 Kb)

• Intel IA-32 and GNU Assembler

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